DE202007019495U1 - Substrat mit darauf aufgetragener GaN Dünnschicht und Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis - Google Patents

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Abstract

Mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat umfassend ein sich in Hinblick auf Typ, chemischer Zusammensetzung von GaN unterscheidendes Substrat (20); und eine GaN Dünnschicht (10a), die eine Dicke von mindestens 0,1 μm und höchstens 100 μm aufweist und mit dem anderen Substrattyp (20) verbunden ist.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gegenstand der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat, das auf einem sich im Hinblick auf Typ oder chemischer Zusammensetzung von GaN unterscheidenden Substrat ausgebildet ist, und eine GaN Dünnschicht, die auf dem anderen Substrattyp aufgetragen ist. Des Weiteren Betrifft die vorliegende Erfindung Halbleitervorrichtungen auf GaN-Basis, die zumindest eine auf der GaN Dünnschicht angeordnete Halbleiterschicht auf GaN-Basis aufweisen.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Ein GaN-Substrat wird geeigneterweise für Halbleitervorrichtungen verwendet, ebenso wie GaAs-, InP- und andere ähnliche Substrate. Die Herstellungskosten für ein GaN-Substrat sind jedoch viel höher als für GaAs- und InP-Substrate. Dementsprechend ist die Herstellung von Halbleitervorrichtungen, die ein GaN-Substrat verwenden, mit sehr hohen Herstellungskosten verbunden. Der Grund dafür liegt in den unterschiedlichen Herstellungsverfahren für ein GaN-Substrat und für GaAs- und InP-Substrate.
  • Insbesondere werden für GaAs- und InP-Substrate ein Bridgman-Kristallwachstumsverfahren, ein Czochralski-Kristallwachstumsverfahren oder ein ähnliches Flüssigphasenabscheideverfahren verwendet, um einen Kristall zu wachsen. Auf diese Weise kann der Kristall schnell gewachsen werden. Beispielsweise können auf einfache Weise mindestens 200 mm dicke, große kristalline GaAs- und InP-Körper in einem Zeitraum von in etwa 100 Stunden gezüchtet werden, und aus diesen dicken, großen kristallinen Körper können jeweils in etwa 200 μm bis 400 μm dicke, freistehende GaAs- und InP-Substrate in großen Mengen geschnitten werden (beispielsweise mindestens 100 Substrate für jeden Substrattyp).
  • Für ein GaN-Substrat wird hingegen ein Hydriddampfphasenepitaxieverfahren (HVPE), ein metallorganisches chemisches Dampfabscheideverfahren (MOCVD) oder weitere ähnliche Dampfphasenabscheideverfahren verwendet, um einen Kristall zu züchten. Auf diese Weise wird der Kristall langsam gezüchtet. Beispielsweise kann ein Kristallwachstumszeitraum von in etwa 100 Stunden nur einen in etwa 10 mm dicken, großen GaN-Kristallkörper hervorbringen, und aus einem derartig großen Kristallkörper kann nur eine kleine Menge (beispielsweise in etwa 10) in etwa 200 μm bis 400 μm dicke, freistehende GaN-Substrate geschnitten werden Werden jedoch die GaN-Schichten, die aus dem kristellinen Körper aus GaN geschnitten werden, dünner gemacht, um eine größere Anzahl von GaN-Substraten bereitzustellen, verringert sich dadurch jedoch die Festigkeit der Schicht und ist nicht als freistehendes Substrat verwendbar. Somit besteht ein Bedarf für ein Verfahren zur Verstärkung der aus dem kristallinen Körper aus GaN geschnittenen GaN Dünnschicht.
  • Ein solches Verfahren zur Verstärkung der GaN Dünnschicht umfasst die Herstellung eines mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats, das auf einen, sich in Hinblick auf Typ oder chemische Zusammensetzung von GaN unterscheidenden Substrat gebildet wird, und einer GaN Dünnschicht, die auf dem anderen Substrattyp aufgetragen ist (nachstehend auch als ”Substrat mit verbundener Schicht” bezeichnet). Derartige Substrate mit verbundener Schicht werden durch Verfahren hergestellt, wie sie beispielsweise in der nationalen japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2004-512688 und in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2005-252244 offenbart sind. Werden die mit einer Schicht verbundenen Substrate, die anhand der in den Veröffentlichungen beschriebenen Verfahren hergestellt werden, verwendet, um Halbleitervorrichtungen durch MOCVD, MBE oder ähnliche Dampfabscheideverfahren herzustellen, löst sich jedoch in dem Schritt, eine Halbleiterschicht auf der GaN Dünnschicht abzuscheiden, die GaN Dünnschicht, die auf dem anderen Substrattyp angeordnet ist, unvorteilhafterweise von dem Substrat.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat, das auf einem sich im Hinblick auf Typ oder chemischer Zusammensetzung von GaN unterscheidenden Substrat gebildet ist, und eine GaN Dünnschicht, die mit dem anderen Substrattyp verbunden ist, und eine Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis, die mindestens eine auf der GaN Dünnschicht angeordnete Halbleiterschicht auf GaN-Basis umfasst.
  • Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat, umfassend ein Substrat, das im Hinblick auf Art, chemischer Zusammensetzung von GaN unterscheidet; und eine GaN Dünnschicht, die eine Dicke von mindestens 0,1 μm und höchstens 100 μm aufweist und mit dem anderen Substrattyp verbunden ist.
  • In dem vorliegenden mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrat kann die GaN Dünnschicht eine Versetzungsdichte von höchstens 1 × 109 cm–2 aufweisen. Des Weiteren kann die GaN Dünnschicht eine Trägerkonzentration von mindestens 1 × 1017 cm–3 aufweisen. Des Weiteren kann die GaN Dünnschicht einen ersten kristallinen Bereich aus einem Einkristall und einen zweiten kristallinen Bereich, der einen Bereich aus einem Einkristall, dessen [0001]-Richtung bezüglich des ersten kristallinen Bereichs insertiert ist, und/oder einen polykristallinen Bereich aufweist, umfassen. Des Weiteren kann der andere Substrattyp einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mindestens 1 × 10–8 K–1 und höchstens 1 × 10–5 K–1 aufweisen.
  • Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine erste Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis, umfassend ein Substrat, das sich im Hinblick auf Art, chemischer Zusammensetzung von GaN unterscheidet; eine GaN Dünnschicht, die eine Dicke von mindestens 0,1 μm und höchstens 100 μm aufweist und mit dem anderen Substrattyp verbunden ist; und mindestens eine auf der GaN Dünnschicht aufgetragene Halbleiterschicht auf GaN-Basis.
  • Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine zweite Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis, umfassend eine GaN Dünnschicht, die eine Dicke von mindestens 0,1 μm und höchstens 100 μm aufweist; mindestens eine Halbleiterschicht auf GaN-Basis, die auf der GaN Dünnschicht aufgetragen ist; und ein strahlendes und elektrisch leitfähiges Substrat, das mit einer äußersten Schicht der Halbleiterschicht auf GaN-Basis verbunden ist.
  • Die vorliegende Erfindung kann somit ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat, das aus einem sich im Hinblick auf Art oder chemischer Zusammensetzung von GaN unterscheidenden Substrat und einer fest mit dem anderen Substrattyp verbundenen GaN Dünnschicht gebildet ist, und ein Verfahren zur Herstellung davon, und eine Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis, die mindestens eine auf der GaN Dünnschicht aufgetragene Halbleiterschicht auf GaN-Basis umfasst, und ein Herstellungsverfahren davon bereitstellen. Dies ermöglicht die Herstellung einer kostengünstigen Halbleitervorrichtung.
  • Die zuvor beschriebenen und weiteren Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlicher hervor.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1(a)–1(g) zeigen ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat, erste und zweite Halbleitervorrichtungen auf GaN-Basisder vorliegenden Erfindung, und entsprechende Verfahren zur Erzeugung und Herstellung des Substrats und der Halbleitervorrichtungen. Insbesondere zeigen die 1(a)–1(g) jeweils die Schritte: Wachsen eines kristallinen Körpers aus GaN; Bilden einer Spiegeloberfläche; Verbinden eines anderen Substrattyps; Teilen des kristallinen Körpers aus GaN; Wachsen einer Halbleiterschicht auf GaN-Basis; Aufbringen einer strahlenden und elektrisch leitfähigen Platte; und Trennen des anderen Substrattyps.
  • 2(a)–2(d) zeigen Querschnitte zur schematischen Darstellung eines Beispiels eines Herstellungsverfahrens eines mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigen die 2(a)–2(d) die Schritte: Implantieren von Ionen; Reinigen einer Oberfläche; Verbinden eines anderen Substrattyps; und den Schritt, den kristallinen Körper aus GaN einer Wärmebehandlung zu unterziehen, um den kristallinen Körper aus GaN zu teilen.
  • 3(a)–3(c) zeigen Querschnitte zur schematischen Darstellung eines weiteren Beispiels des Herstellungsverfahrens eines mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigen die 3(a)–3(c) die Schritte: Reinigen einer Oberfläche; Verbinden eines anderen Substrattyps; und Schneiden eines kristallinen Körpers aus GaN, um diesen zu teilen.
  • 4A und 4B zeigen jeweils schematisch ein Streifenmuster und ein Punktmuster, die als eine Öffnung in einer ersten Maske verwendet werden, um einen in der vorliegenden Erfindung verwendeten kristallinen Körper aus GaN zu wachsen.
  • 5A und 5B zeigen jeweils schematisch ein Streifenmuster und ein Punktmuster, die für eine zweite Maskenschicht einer Maskenschicht verwendet wird, um einen in der vorliegenden Erfindung verwendeten kristallinen Körper aus GaN zu wachsen.
  • 6A zeigt eine schematische Draufsicht eines kristallinen Körpers aus GaN gemäß der vorliegenden Erfindung, umfassend einen ersten kristallinen Bereich und einen zweiten gestreiften kristallinen Bereich, und ein Verfahren zur Herstellung davon, und 6B ist eine schematische Draufsicht eines kristallinen Körpers aus GaN gemäß der vorliegenden Erfindung, umfassend einen ersten kristallinen Bereich und einen zweiten, gepunkteten kristallinen Bereich, und ein Verfahren zur Herstellung davon, und 6C ist eine schematische Querschnittsansicht der 6A und 6B entlang eines Querschnitts VIC-VIC.
  • 7(a)–7(e) zeigen Querschnitte zur schematischen Darstellung eines weiteren Beispiels des Herstellungsverfahrens eines mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigen die 7(a)–7(e) die Schritte: Bilden einer Spiegeloberfläche; Implantieren von Ionen; Reinigen einer Oberfläche; Verbinden eines anderen Substrattyps; und den Schritt, den kristallinen Körper aus GaN einer Wärmebehandlung zu unterziehen, um den kristallinen Körper aus GaN zu teilen.
  • 8 und 9 zeigen jeweils schematische Querschnitte eines und eines noch weiteren Beispiels der ersten Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis gemäß der vorliegenden Erfindung, die jeweils für LEDs verwendet werden.
  • 10(a)–10(c) zeigen schematische Querschnitte zur Darstellung eines Herstellungsverfahrens eines Beispiels der zweiten Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis gemäß der vorliegenden Erfindung, die für eine LED verwendet wird. Insbesondere zeigen die 10(a)–10(c) jeweils die Schritte: Bilden mindestens einer Halbleiterschicht auf GaN-Basis auf einem mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrat; Aufbringen einer strahlenden und elektrisch leitfähigen Platte; und Trennen eines anderen Substrattyps.
  • 11 zeigt einen schematischen Querschnitt eines noch weiteren Beispiels der ersten Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis gemäß der vorliegenden Erfindung, die für einen HEMT verwendet wird.
  • 12 zeigt einen schematischen Querschnitt eines noch weiteren Beispiels der ersten Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis gemäß der vorliegenden Erfindung, die für einen vertikalen Transistor verwendet wird.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Ausführungsform 1
  • Das vorliegende mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat umfasst in einer Ausführungsform ein Substrat (20), das sich im Hinblick auf Art oder chemischer Zusammensetzung von GaN unterscheidet, und eine GaN Dünnschicht 10a, das eine Dicke von mindestens 0,1 um und höchstens 100 μm aufweist und mit dem anderen Substrattyp 20, wie in der 1(d) gezeigt, verbunden ist. Die vorliegende Ausführungsform stellt ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat 1 bereit, das einen anderen Substrattyp 20 aufweist, der mit einer GaN Dünnschicht 10a mit einer Dicke von mindestens 0,1 μm und höchstens 100 μm verbunden ist. Somit ist es möglich, eine große Anzahl von Substraten mit einer damit verbundenen GaN Dünnschicht aus einem kristallinen Körper aus GaN zu erhalten, und Substrate für Halbleitervorrichtungen sowie Halbleitervorrichtungen kostengünstig herzustellen.
  • Bezug nehmend auf die 1 wird das vorliegende mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat anhand eines Verfahrens, wie in einer Ausführungsform dargestellt, hergestellt, das die Schritte umfasst: Verbinden des Substrats 20, das im Hinblick auf Art oder chemischer Zusammensetzung von GaN unterscheidet, mit einem kristallinen Körper aus GaN 10 (1(c)), und Teilen des kristallinen Körpers aus GaN 10 in einer Ebene 10t, die einen Abstand von mindestens 0,1 μm und höchstens 100 μm von einer Grenzfläche davon mit dem anderen Substrattyp 20 aufweist, um eine GaN Dünnschicht 10a auf dem anderen Substrattyp 20 zu bilden (1(d)). Mit diesem Verfahren ist es möglich, eine GaN Dünnschicht 10a bereitzustellen, die mit dem anderen Substrattyp 20 zusammengefügt ist und eine Dicke von mindestens 0,1 μm und höchstens 100 μm aufweist.
  • Bezug nehmend auf die 1(a) wird insbesondere ein kristalliner Körper aus GaN 10 durch ein HVPE-Verfahren oder einem ähnlichen Dampfabscheidungsverfahren gewachsen, der ein Basissubstrat 100 aus GaAs, Saphir, SiC oder einem ähnlichen Substrat, das eine gute Kristallgitterübereinstimmung mit einem GaN-Kristall aufweist, verwendet. Von dem so gewachsenen kristallinen Körper aus GaN 10 wird das Basissubstrat 100 mit Hilfe eines gut bekannten Verfahrens weggeschliffen oder in ähnlicher Weise entfernt, um einen kristallinen Körper aus GaN, wie in der 1(b) gezeigt, zu erhalten. Eine Oberfläche 10n aus Stickstoffatomen des kristalline Körper aus GaN 10 (im Nachfolgenden auch der Einfachheit halber als eine ”N-Oberfläche” bezeichnet) wird poliert, um eine Spiegeloberfläche zu bilden. Es sollte beachtet werden, dass der kristalline Körper aus GaN 10 eine Oberfläche aus Galliumatomen 10g aufweist (im Nachfolgenden auch der Einfachheit halber als eine ”Ga-Oberfläche” bezeichnet), die der N-Oberfläche 10n gegenüberliegt.
  • Dann wird Bezug nehmend auf die 1(c) der andere Substrattyp 20 mit der N-Oberfläche 10n des kristallinen Körpers aus GaN 10 zusammengefügt. Dies kann auf jede Art und Weise erfolgen, jedoch vorzugsweise durch Oberflächenaktivierung, Fusionsbonden oder Ähnliches, da diese Verfahren ein einheitliches Verbinden des Substrats bei niedriger Temperatur ermöglichen. Es sollte beachtet werden, dass bei der Oberflächenaktivierung eine zu verbindende Oberfläche einem Plasma ausgesetzt wird, um die Oberfläche zu aktivieren und diese anschließend zu verbinden. Das Fusionsbonden betrifft ein Verfahren, bei dem gereinigte Oberflächen (zusammenzufügende Oberflächen) mit Druck beaufschlagt werden und sich somit aufheizen, um die Oberflächen zusammenzufügen.
  • In der vorliegenden Erfindung weist der kristalline Körper aus GaN eine (mit einem anderen Substrattyp) zu verbindende Oberfläche auf, die eine maximale Oberflächenrauigkeit Rmax von höchsten 20 μm aufweist. Die maximale Oberflächenrauigkeit Rmax gibt einen Maximalwert eines Niveauunterschieds zwischen einem Höchstpunkt und einem Tiefstpunkt der gesamten zu verbindenden Oberfläche an. Die zu verbindende Oberfläche kann durch jedes beliebige Verfahren mit einer maximalen Oberflächenrauigkeit Rmax von höchsten 20 μm ausgebildet werden. Beispielsweise umfasst eines dieser Verfahren den Schritt nach dem Polieren der Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN, ein Substrat, das sich im Hinblick auf Art oder chemischer Zusammensetzung von GaN unterscheidet, mit einem kristallinen Körper aus GaN zu verbinden, um eine maximale Oberflächenrauigkeit Rmax von höchstens 20 μm bereitzustellen. Wenn der kristalline Körper aus GaN eine zu verbindende Oberfläche aufweist, dessen maximale Oberflächenrauigkeit Rmax 20 μm übersteigt, und die Temperatur zum epitaktischen Aufwachsen einer Halbleiterschicht auf GaN-Basis auf in etwa 1200°C erhöht und danach gesenkt wird, neigt die GaN Dünnschicht dazu, sich abzulösen. Demnach weist die zu verbindende Oberfläche eine maximale Oberflächenrauigkeit Rmax von vorzugsweise höchstens 10 μm auf. Die maximale Oberflächenrauigkeit Rmax kann mit einem Messinstrument zum Messen der Ebenheit und einer Kontaktoberflächenprofilkorrekturvorrichtung gemessen werden.
  • Des Weiteren weist der kristalline Körper aus GaN zum festeren Verbinden der GaN Dünnschicht und des anderen Substrattyps und zur weiteren Verminderung des Ablösens der GaN Dünnschicht vom anderen Substrattyp vorzugsweise eine zu verbindende Oberfläche mit einer durchschnittlichen Oberflächenrauigkeit Ra von höchstens 1 nm aufweist. Hierin gibt die durchschnittliche Oberflächenrauigkeit Ra einen Wert an, der erhalten wird, indem nur ein Referenzbereich aus einem Oberflächenrauigkeitsprofil in Richtung dessen gemittelter Oberfläche entnommen wird und indem für den Referenzbereich der Durchschnittswert aus Absolutwerten ermittelt wird, die jeweils den Abstand von der Durchschnittsoberfläche des entnommenen Bereichs zu einem gemessenen Oberflächenprofil angeben. Die durchschnittliche Oberflächenrauigkeit Ra kann mit optischen Interferenzoberflächenprofilkorrektureinrichtungen oder Ähnlichem gemessen werden. Die Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus Ga kann durch jedes beliebige Verfahren mit einer durchschnittlichen Oberflächenrauigkeit Ra von höchstens 1 nm ausgebildet werden. Beispielsweise umfasst eines dieser Verfahren die Schritte: Polieren der zu verbindenden Oberfläche, und anschließendes Ätzen der polierten Oberfläche mit Chlorgas, um eine Oberfläche mit einer durchschnittlichen Oberflächenrauigkeit Ra von höchstens 1 nm zubilden, bevor auf der Oberfläche ein anderer Substrattyp aufgetragen wird.
  • Dem Verbinden des anderen Substrattyps 20 mit dem kristallinen Körper aus GaN 10 geht vorzugsweise der Schritt voraus, die Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN 10 zu ätzen. Dieser Ätzvorgang entfernt eine Oxidschicht, die auf einer Oberfläche des kristallinen Körpers aus GaN 10 gebildet ist, und erhöht die Oberflächenebenheit, wodurch der kristalline Körper aus GaN und der andere Substrattyp fest miteinander verbunden werden können. Während dieser Ätzvorgang auf kein bestimmtes Verfahren beschränkt ist, wird das Ätzen vorzugsweise mit Chlorgas anstelle von Argongas durchgeführt, da es durch das Verwenden von Chlorgas möglich ist, einen kristallinen Körper aus GaN bereitzustellen, von dessen Oberfläche mehr von der Oxidschicht entfernt werden kann und dessen Oberfläche eine verbesserte Ebenheit aufweist.
  • Würde Argongas zum Ätzen der Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN verwendet werden, würde die Oberfläche eine durchschnittliche Oberflächenrauigkeit Ra größer als 1 nm aufweisen, und würde die Temperatur des kristallinen Körpers aus GaN mit einem damit verbundenen anderen Substrattyp zum epitaktischen Aufwachsen auf 1200°C erhöht und anschließend abgesenkt werden, würde sich die verbundene Oberfläche des kristallinen Körpers aus GaN von dem Substrat ablösen. Im Gegensatz dazu kann die mit Chlorgas geätzte Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN eine durchschnittliche Oberflächenrauigkeit Ra von höchstens 1 nm aufweisen, und wenn die Temperatur dieses kristallinen Körpers aus GaN mit einem damit verbundenen anderen Substrattyp zum epitaktischen Aufwachsen auf 1200°C erhöht und anschließend abgesenkt wird, löst sich die verbundene Oberfläche des kristallinen Körpers aus GaN kaum von dem Substrat ab.
  • Die Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN weist einen Winkel zur Achse (off-angle), d. h., ein Winkel, der durch die zu verbindende Oberfläche und einer (0001)-Ebene gebildet wird, von vorzugsweise mindestens 0,03° und höchstens 20° auf, um den kristallinen Körper aus GaN und den anderen Substrattyp stärker miteinander zu verbinden. Der Grund dafür ist, dass eine Oberfläche mit einem Winkel zur Achse von mindestens 0,03° und höchstens 20° eine größere Anzahl von Verbindungen aufweist als eine Oberfläche mit einem Winkel zur Achse von oder nahe 0°, und somit starker mit dem anderen Substrattyp verbunden werden kann. Demnach weist die zu verbindende Oberfläche des kristallinen Körpers aus GaN einen Winkel zur Achse von vorzugsweise mindestens 0,1° und höchstens 2°, noch bevorzugter mindestens 0,2° und höchstens 0,9° auf. Es sollte beachtet werden, dass sich der Winkel zur Achse der zu verbindenden Oberfläche des kristallinen Körpers aus GaN bei einer Röntgenbeugungsmessung auf einen Wert in der Mitte der zu verbindenden Oberfläche des kristallinen Körpers aus GaN bezieht.
  • Bezug nehmend auf die 1(c) und 1(d) wird dann der Körper aus GaN 10 in der Ebene 10t, die in einem Abstand T von mindestens 0,1 μm und höchstens 100 μm von dessen Grenzfläche mit dem anderen Substrattyp 20 vorgesehen ist, geteilt, um eine GaN Dünnschicht 10a auf dem anderen Substrattyp 20 zu bilden, um eine mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat 1 bereitzustellen, das ein sich in Hinblick auf Typ oder chemischer Zusammensetzung von GaN unterscheidendes Substrat 20 und eine GaN Dünnschicht umfasst, die mit dem anderen Substrattyp 20 verbunden ist und eine Dicke T von mindestens 0,1 μm und höchstens 100 μm aufweist. Es sollte beachtet werden, dass der in der 1 als elektrisch leitfähiges Substrat gezeigte andere Substrattyp 20 ein isolierendes Substrat sein kann.
  • In der Ausführungsform 1 wird, wie im Nachfolgenden beschrieben, ein kristalliner Körper aus GaN in einer Ebene, die einen Abstand von mindestens 0,1 μm und höchstens 100 μm von dessen Grenzfläche mit dem anderen Substrattyp aufweist, geteilt. Nachfolgend wird als Ausführungsform 1A ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens zum Teilen in einer Ebene, die in einem geringen Abstand von der Grenzfläche mit dem anderen Substrattyp angeordnet ist, beschrieben, und als eine Ausführungsform 1B wird ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens vorzugsweise zum Teilen in einer Ebene, die in einem größeren Abstand von der Grenzfläche mit dem anderen Substrattyp angeordnet ist, beschrieben.
  • Ausführungsform 1A
  • Die Ausführungsform 1A wird angewendet, um in einer Ebene, die in einem Abstand von mindestens 0,1 μm und höchstens 100 μm, vorzugsweise mindestens 0,1 μm und höchstens 50 μm, und noch bevorzugter mindestens 0,1 μm und höchstens 10 μm von der Grenzfläche mit dem anderen Substrattyp angeordnet ist, eine Teilung durchzuführen. Die vorliegende Ausführungsform stellt ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat bereit, das mit dem nachfolgenden Verfahren hergestellt wird. Bezug nehmend auf die 2 umfasst das Verfahren das Verbinden des anderen Substrattyps 20 mit dem kristallinen Körper aus GaN 10 (2(c)) nach dem Implantieren eines Ionentyps 140, der aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoffionen, Heliumionen und Stickstoffionen ausgewählt ist, in den kristallinen Körper aus GaN 10, in die Ebene 10t, die in einer Tiefe T von mindestens 0,1 μm und höchstens 100 μm von der Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN 10 angeordnet ist (2(a)), und umfasst das Teilen des kristallinen Körpers aus GaN 10 (2(d)), in dem der kristalline Körper aus GaN 10 einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Dieses Verfahren gewährleistet eine einfachere Teilung eines kristallinen Körpers aus GaN exakt in einer Ebene, die in einem geringen Abstand von dessen Grenzfläche mit dem anderen Substrattyp angeordnet ist.
  • Insbesondere wird zunächst mit Bezug auf die 2(a) ein Ionentyp 140, der aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoffionen, Heliumionen und Stickstoffionen ausgewählt ist, in den kristallinen Körper aus GaN 10 implantiert, der eine N-Oberfläche 10n aufweist, die als spiegelglatte, zu verbindende Oberfläche dient. Es sollte beachtet werden, dass die Ionen insbesondere in eine Ebene 10t mit einem Abstand T von mindestens 0,1 μm und höchstens 100 μm von der N-Oberfläche 10n implantiert werden. Die Ionen können auf jede bekannte Art implantiert werden. Vorzugsweise wird dazu eine Ionenimplantationsvorrichtung verwendet.
  • Dann wird mit Bezug auf die 2(b) die zu verbindende Oberfläche des kristallinen Körpers aus GaN 10, d. h., die N-Oberfläche 10n, einem Ätzvorgang 150 mit beispielsweise Chlorgas unterzogen, um eine glatte Oberfläche zu erhalten. Des Weiteren wird auch eine (mit dem kristallinen Körper aus GaN zu verbindende Oberfläche eines anderen Substrattyps einem Ätzvorgang 150 mit beispielsweise Argongas unterzogen, um eine glatte Oberfläche (nicht gezeigt) zu erhalten. Die zusammenzufügenden Oberflächen, die gereinigt wurden, ermöglichen ein stärkeres Verbinden des kristallinen Körpers aus GaN mit dem anderen Substrattyp. Danach wird mit Bezug auf die 2(c) die Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN, d. h. die N-Oberfläche, und die Oberfläche des zu verbindenden anderen Substrattyps durch Oberflächenaktivierung miteinander verbunden.
  • Danach wird mit Bezug auf die to 2(d) der kristalline Körper aus GaN 10 mit dem darauf verbundenen anderen Substrattyp 20 einer Wärmebehandlung unterzogen, um den Bereich zu verspröden, der die darin implantierten Ionen, die aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoffionen, Heliumionen und Stickstoffionen ausgewählt sind, enthält. Der kristalline Körper aus GaN wird somit in diesem Bereich abgetrennt. Auf diese Weise wird ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat 1 erhalten, das einen anderen Substrattyp 20 und eine mit dem anderen Substrattyp 20 verbundene GaN Dünnschicht 10a aufweist. Es sollte beachtet werden, dass die Wärmebehandlung vorzugsweise bei einer Temperatur von mindestens 300° und höchstens 600°, noch bevorzugter mindestens 400° und höchstens 500° durchgeführt wird, um eine Mikrokavität zu erhöhen, die auf die Ionenimplantation, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoffionen, Heliumionen und Stickstoffionen, zurückzuführen ist, und auch um die Diffusion der Ionen per se zu verringern.
  • Nach dem Trennen der GaN Dünnschicht 10a vom kristallinen Körper aus GaN 10 bleibt ein kristalliner Körper aus GaN 10b übrig, der, wie zuvor beschrieben, einer weiteren Ionenimplantation, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoffionen, Heliumionen und Stickstoffionen, unterzogen wird. Es sollte beachtet werden, dass die Ionen in eine Ebene, die in einem Abstand von mindestens 0,1 μm und höchstens 100 μm von einer im Anschluss daran zu verbindenden N-Oberfläche angeordnet ist, implantiert werden. Die N-Oberfläche (die Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN) wird dann geätzt, um eine glatte Oberfläche zu erhalten, und im Anschluss daran mit dem anderen Substrattyp verbunden, dessen zu verbindende Oberfläche zur Erzielung einer glatten Oberfläche geätzt ist. Anschließend wird das Zwischenprodukt einer Wärmebehandlung unterzogen, um ein weiteres mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat zu bilden. Dieser Vorgang kann wiederholt werden, um eine große Anzahl von mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substraten aus einem kristallinen Körper aus GaN herzustellen.
  • Ausführungsform 1B
  • Die vorliegende Ausführungsform wird verwendet, um in einer Ebene, die in einem Abstand von mindestens 0,1 μm und höchstens 100 μm, vorzugsweise mindestens 10 μm und höchstens 100 μm und noch bevorzugter mindestens 50 μm und höchstens 100 μm von der Grenzfläche mit dem anderen Substrat vorgesehen ist, eine Teilung durchzuführen. Die vorliegende Ausführungsform stellt ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat bereit, das mit dem nachfolgenden Verfahren hergestellt wird. Bezug nehmend auf die 3 umfasst das Verfahren kein Implantieren von Ionen, die aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoffionen, Heliumionen und Stickstoffionen ausgewählt sind, in einen kristallinen Körper aus GaN, sondern umfasst die Schritte: Ätzen 150 der Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN 10, d. h. die N-Oberfläche 10n, um eine glatte Oberfläche zu erhalten (3(a)); Verbinden des anderen Substrattyps 20 mit dem kristallinen Körper aus GaN 10 (3(b)); und Teilen des kristallinen Körpers aus GaN 10 (3(c)). Das Teilen des kristallinen Körpers 10 (3(c)) wird durchgeführt, indem der kristalline Körper aus GaN 10 in der Ebene 10t, die in einem Abstand T von mindestens 0,1 μm und höchstens 100 μm von dessen Grenzfläche mit dem anderen Substrattyp angeordnet ist, geschnitten wird. Dieses Verfahren gewährleistet eine einfachere Trennung des kristallinen Körpers aus GaN exakt in der Ebene, die in einem größeren Abstand von dessen Grenzfläche mit dem anderen Substrattyp angeordnet ist. Somit wird ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat erhalten, das einen anderen Substrattyp und eine mit dem anderen Substrattyp 20 verbundene GaN Dünnschicht 10a aufweist.
  • Nach dem Trennen der GaN Dünnschicht 10a von dem kristallinen Körper aus GaN 10 bleibt ein kristalliner Körper aus GaN 10b übrig, dessen im Anschluss daran zu verbindende N-Oberfläche, wie zuvor beschrieben, zur Erzielung einer glatten Oberfläche geätzt wird. Danach wird der kristalline Körper aus GaN 10b mit dem anderen Substrattyp verbunden, dessen zu verbindende Oberfläche geätzt ist, um eine glatte Oberfläche zu erhalten. Danach wird der kristalline Körper aus GaN in einer Ebene, die in einem Abstand von mindestens 0,1 μm und höchstens 100 μm von dessen Grenzfläche mit dem anderen Substrattyp vorgesehen ist, geschnitten, um ein weiteres mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat zu bilden. Dieser Vorgang kann wiederholt werden, um eine große Anzahl von mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substraten aus einem kristallinen Körper aus GaN herzustellen. Während der kristalline Körper aus GaN auf jede Art geschnitten werden kann, werden im Allgemeinen zum Schneiden eines Nitridkristalls der Gruppe III beispielsweise eine Elektroerosionsmaschine, eine Drahtsäge, ein Außenkantenschneider, ein Innenkantenschneider, Laserstrahlung und Ähnliches verwendet, um den Kristall zu schneiden.
  • Das zuvor beschriebene Verfahren ermöglicht eine einfache, kostengünstige Herstellung großer Mengen des mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats mit hoher Genauigkeit, wobei das Substrat, das sich im Hinblick auf Typ oder chemischer Zusammensetzung von GaN unterscheidende Substrat und die GaN Dünnschicht 10a, die mit dem anderen Substrattyp 20 verbunden ist und eine Dicke T von mindestens 0,1 μm und höchstens 100 μm aufweist, umfasst.
  • In der Ausführungsform 1 weist das mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat vorzugsweise eine GaN Dünnschicht mit einer Versetzungsdichte von höchstens 1 × 109 cm–2 auf, da die GaN Dünnschicht mit einer derartig niedrigen Versetzungsdichte die Eigenschaften (wie beispielsweise den optischen Wirkungsgrad, die Lebensdauer und Ähnliches) von Leuchtdioden (LED), Laserdioden (LD) und ähnlicher optischer Geräte verbessert, und die Eigenschaften (wie beispielsweise die Prüfspannung oder Ähnliches) von Transistoren mit schneller Elektronenbeweglichkeit (HEMT), Vertikalkondensatoren und ähnlicher elektronischer Geräte verbessert. Die GaN Dünnschicht mit der niedrigen Versetzungsdichte von höchstens 1 × 109 cm–2 kann durch Teilen eines kristallinen Körpers aus GaN mit einer niedrigen Versetzungsdichte von höchsten 1 × 109 cm–2 erhalten werden. Insbesondere weist die GaN Dünnschicht noch bevorzugter eine Versetzungsdichte von höchstens 1 × 107 cm–2, und noch bevorzugter von höchstens 3 × 106 cm–2 auf.
  • Beispielsweise kann der kristalline Körper aus GaN mit niedriger Versetzungsdichte von höchstens 1 × 109 cm–2 anhand eines im Folgenden beschriebenen Verfahrens mit Bezug auf die 4A und 4B hergestellt werden. Insbesondere wird anfangs eine erste Maskenschicht 110 auf einem Basissubstrat gebildet. Die erste Maskenschicht 110 ist aus einer Öffnung in Form von Streifen 110w und einem Abdeckmaskenbereich 110m, wie in der 4A gezeigt, oder aus einer Öffnung in Form von Punkten 110w und einem Abdeckmaskenbereich 110m, wie in der 4B gezeigt, gebildet.
  • Dann wird auf dieser ersten Maskenschicht 110 ein kristalliner Körper aus GaN gewachsen, um einen kristallinen Körper aus GaN mit einer niedrigen Versetzungsdichte zu erhalten. Zur Erzielung einer Versetzungsdichte von höchstens 1 × 109 cm–2 weist die Öffnung 110w in Form eines Streifens vorzugsweise eine Breite Vw von 0,4 μm bis 10 μm und einen Abstand Vp von 0,4 μm bis 20 μm (4A) und die Öffnung 110w in Form eines Punktes vorzugsweise eine Breite Vw von 0,4 μm bis 10 μm und einen Abstand Vp von 2 μm bis 10 μm (4B) auf. Die erste Maskenschicht 100 kann aus jedem beliebigen Material gebildet sein. Vorzugsweise ist sie aus SiO2, Si3N4 oder Ähnlichem gebildet.
  • Wenn das mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat der Ausführungsform 1 als ein Substrat für eine LED, eine LD, einen vertikalen Transistor oder eine ähnliche vertikale Halbleitervorrichtung verwendet wird, ist die GaN Dünnschicht vorzugsweise elektrisch leitfähig. Beispielsweise weist die GaN Dünnschicht vorzugsweise eine Trägerkonzentration von mindestens 1 × 1017 cm–3 auf. Die elektrisch leitfähige GaN Dünnschicht mit der Trägerkonzentration von mindestens 1 × 1017 cm–3 kann durch Teilen eines kristallinen Körpers aus GaN mit einer Trägerkonzentration von mindestens 1 × 1017 cm–3 erhalten werden, und dieser kristalline Körper aus GaN wird erhalten, indem der Körper gewachsen wird, während er mit Sauerstoff (O), Germanium (Ge), Schwefel (S), Silizium (Si) oder einem ähnlichen Dotierstoff dotiert wird. Zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit ist eine Trägerkonzentration von mindestens 1 × 1018 cm–3 vorzuziehen. Es sollte beachtet werden, dass die Trägerkonzentration der GaN Dünnschicht mit einem Lochmessgerät gemessen werden kann.
  • Das mit einer GaN Dünnschicht gebundene Substrat der Ausführungsform 1 umfasst vorzugsweise eine GaN Dünnschicht, die einen ersten kristallinen Bereich aus einem Einkristall und einen zweiten kristallinen Bereich, der einen Bereich aus einem Einkristall, dessen [0001]-Richtung bezüglich des ersten kristallinen Bereichs invertiert ist, und/oder einen polykristallinen Bereich aufweist, umfasst, um Versetzungen zu reduzieren. Dieser zweite kristalline Bereich kann Versetzungen absorbieren und somit verringern. Die GaN Dünnschicht, die den zuvor beschriebenen ersten und zweiten kristallinen Bereich aufweist, kann durch Teilen eines den ersten und zweiten kristallinen Bereich aufweisenden kristallinen Körper aus GaN erhalten werden.
  • Der kristalline Körper aus GaN mit dem ersten kristallinen Bereich aus einem Einkristall und dem zweiten kristallinen Bereich, der einen Bereich aus einem Einkristall, dessen [0001]-Richtung bezüglich des ersten kristallinen Bereichs invertiert ist, und/oder einen polykristallinen Bereich aufweist, kann beispielsweise anhand eines nachfolgend beschriebenen Verfahrens mit Bezug auf die 5A und 5B, und 6A–6C hergestellt werden. Insbesondere wird eine Maskenschicht 130, die aus einer ersten Maskenschicht 110 und einer zweiten Maskenschicht 120 in Form von Streifen (5A) gebildet ist, oder eine Maskenschicht 130, die aus einer ersten Maskenschicht 110 und einer zweiten Maskenschicht 120 in Form von Punkten (5B) gebildet ist, auf einem Basissubstrat gebildet. Es sollte beachtet werden, dass die hierin verwendete erste Maskenschicht 110 eine Maskenschicht betrifft, die eine Öffnung 100w in Form eines Streifens oder eines Punktes, wie zuvor beschrieben, aufweist. Die zweite Maskenschicht 120 weist keine Öffnung auf. Die zweite Maskenschicht 120 kann aus jedem Material gebildet sein. Vorzugsweise ist sie aus SiO2, Si3N4, oder Ähnlichem gebildet.
  • Danach wird der kristalline Körper aus GaN 10 auf der Maskenschicht 130 gewachsen, um einen ersten kristallinen Bereich 11 auf der ersten Maskenschicht 110 und einen zweiten kristallinen Bereich 12 auf der zweiten Maskenschicht 120 zu bilden, wie dies in der 6C gezeigt ist. Wird beispielsweise ein Dampfabscheideverfahren zum Wachsen eines kristallinen Körpers aus GaN verwendet, kann durch Absenken des Partialdrucks einer Stickstoffgasquelle der zweite kristalline Bereich 12 erhalten werden, der aus einem Einkristall gebildet ist, dessen [0001]-Richtung bezüglich des ersten kristallinen Bereichs invertiert ist. Des Weiteren ist es durch Partialdruckerhöhung der Stickstoffgasquelle möglich, den zweiten kristallinen Bereich 12 zu erhalten, der aus einem Polykristall gebildet ist. Des Weiteren ist es durch die Stickstoffgasquelle mit gewissem Partialdruck möglich, einen zweiten kristallinen Bereich 12 zu bilden, der einen Bereich aus einem Einkristall, dessen [0001]-Richtung bezüglich des ersten kristallinen Bereichs invertiert ist, und einen polykristallinen Bereich aufweist.
  • Somit kann, wie in der 6A oder 6B gezeigt, auf der Maskenschicht 130 ein kristalliner Körper aus GaN 10 mit einem ersten kristallinen Bereich 11 und einem zweiten kristallinen Bereich 12 erhalten werden. Für das einfache Bilden des ersten kristallinen Bereichs 11 und des zweiten kristallinen Bereichs 12 in dem kristallinen Körper aus GaN 10, weist die zweite gestreifte Maskenschicht 120 vorzugsweise eine Breite Ww von 10 μm bis 100 μm und einen Abstand Wp von 100 μm bis 1000 μm (5A) und eine zweite gepunktete Maskenschicht 120 vorzugsweise eine Breite Ww von 10 μm bis 200 μm und einen Abstand Wp von 100 μm bis 5000 μm (5B) auf.
  • Das mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat der Ausführungsform 1 wird als ein Substrat für eine Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis verwendet. Demgemäß muss der andere Substrattyp auch in einer Umgebung Bestand haben, in der eine Halbleiterschicht auf GaN-Basis auf der GaN Dünnschicht gewachsen wird. Demnach ist das mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat der Ausführungsform 1 vorzugsweise aus einem anderen Substrattyp und einer GaN Dünnschicht (Wärmeausdehnungskoeffizient: 5,6 × 10–6·K–1) gebildet, die einen geringen Unterschied in den Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Beispielsweise weist der andere Substrattyp vorzugsweise einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mindestens 1 × 10–8 K-1 und höchsten 1 × 10–5 K–1 auf. Andere dafür zu verwendende Substrattypen sind vorzugsweise ein Saphirsubstrat, ein AlN-Substrat, ein SiC-Substrat, ein MgO-Substrat, ein ZnO-Substrat, ein ZnS-Substrat, ein Kohlenstoffsubstrat, ein GaAs-Substrat, ein Diamantsubstrat, ein Ga2O3-Substrat, ein ZrB2-Substrat und Ähnliches.
  • In dem mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrat der Ausführungsform 1 weist der andere Substrattyp auch eine Wärmebeständigkeit von mindestens 1200°C auf, um der Umgebung standhalten zu können, in der eine Halbleiterschicht auf GaN-Basis auf der GaN Dünnschicht gewachsen wird. Als andere Substrattypen können dafür ein Saphirsubstrat, ein AlN-Substrat, ein SiC-Substrat, ein ZnSe-Substrat, ein Si-Substrat, ein MgO-Substrat, ein ZnO-Substrat, ein ZnS-Substrat, ein Quarzsubstrat, ein Kohlenstoffsubstrat, ein Diamantsubstrat, ein Ga2O3-Substrat, ein ZrB2-Substrat und Ähnliches verwendet werden.
  • In dem mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrat der Ausführungsform 1 weist der andere Substrattyp vorzugsweise auch einen Korrosionsschutz auf, um der Umgebung standhalten zu können, in der eine Halbleiterschicht auf GaN-Basis auf der GaN Dünnschicht gewachsen wird. Die hierin verwendete Bezeichnung ”anti-korrosiv” bedeutet, dass der andere Substrattyp nicht durch Chlorwasserstoffgas (HCl), Ammoniak(NH3)-Gas oder einem ähnlichen Umgebungsgas für das Kristallwachstum bei einer Temperatur von mindestens 1200°C, die es ermöglicht, eine Halbleiterschicht auf GaN-Basis epitaktisch zu wachsen, ätzbar ist. Als andere Substrattypen können dafür vorzugsweise ein Saphirsubstrat, ein AlN-Substrat, ein SiC-Substrat, ein ZnSe-Substrat, ein Si-Substrat, ein MgO-Substrat, ein ZnO-Substrat, ein ZnS-Substrat, ein Quarzsubstrat, ein Kohlenstoffsubstrat, ein Diamantsubstrat, ein Ga2O3-Substrat, ein ZrB2-Substrat und Ähnliches verwendet werden.
  • In dem mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrat der Ausführungsform 1 kann der andere Substrattyp vorzugsweise auf einfache Weise weggeätzt oder unter Verwendung eines ähnlichen chemischen Prozesses entfernt werden, da dieser für eine eine Struktur aufweisende Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis entfernt werden kann. Ala andere Substrattypen können dafür vorzugsweise ein ZnSe-Substrat, ein Si-Substrat, ein MgO-Substrat, ein ZnO-Substrat, ein ZnS-Substrat, ein Quarzsubstrat, ein Kohlenstoffsubstrat, ein Diamantsubstrat, ein Ga2O3-Substrat und Ähnliches verwendet werden.
  • In dem mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrat der Ausführungsform 1 ist der andere Substrattyp zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis, deren gegenüberliegende Hauptoberflächen mit Elektroden versehen sind, vorzugsweise elektrisch leitfähig, wodurch eine elektrische Leitfähigkeit zwischen den Hauptoberflächen gewährleistet wird. Andere Substrattypen, die dafür vorzugsweise verwendet werden, umfassen ein SiC-Substrat, ein Si-Substrat, ein GaAs-Substrat, ein Kohlenstoffsubstrat und Ähnliches.
  • In dem mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrat der Ausführungsform 1 kann der andere Substrattyp ein Einkristall oder ein Polykristall sein. Ferner kann dieser aus einem Kristall gebildet sein, der aus einer Zusammensetzung aus AlN und Al2O3 besteht. Ferner können die anderen Substrattypen, die aus Polykristallen wie AlN, SiC, Ga2O3, MgO, ZnO, Al2O3 und Ähnliches gebildet sind, vorteilhafterweise unter dem Gesichtspunkt verwendet werden, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des anderen Substrattyps mit jenem der GaN Dünnschicht übereinstimmt, oder um die Kosten zu reduzieren.
  • Ausführungsform 2
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine erste Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis bereitgestellt. Mit Bezug auf die 1(e) umfasst diese ein sich im Hinblick auf Typ oder chemischer Zusammensetzung von GaN unterscheidendes Substrat 20, eine GaN Dünnschicht 10a, die eine Dicke von mindestens 0,1 μm und höchstens 100 μm aufweist und mit dem anderen Substrattyp 20 verbunden ist, und mindestens eine auf der GaN-Dünnschicht 10a aufgetragene Halbleiterschicht auf GaN-Basis 30. Diese erste Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis 2, die ein Halbleiterschicht auf GaN-Basis 30 auf der GaN Dünnschicht 10a aufweist, kann kostengünstig hergestellt werden und gute Eigenschaften aufweisen. Es sollte beachtet werden, dass der hierin verwendete Halbleiter auf GaN-Basis einen Halbleiter mit einer chemischen Zusammensetzung umfassend GaN, wie beispielsweise Al1-x-yGaxInyN, wobei 0 < x, 0 ≤ y, und x + y ≤ 1 ist, betrifft. Es sollte beachtet werden, dass, obwohl der andere Substrattyp 20 in der 1 als ein elektrisch leitfähiges Substrat gezeigt ist, dieser auch ein isolierendes Substrat sein kann.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die erste Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis in einer Ausführungsform anhand eines im Nachfolgenden mit Bezug auf die 1(e) beschriebenen Verfahrens hergestellt. Das Verfahren verwendet das mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat der Ausführungsform 1 (1(d)), um die erste Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis 2 herzustellen, und das Verfahren umfasst das Wachsen mindestens einer Halbleiterschicht auf GaN-Basis 30 auf einer Hauptoberfläche der GaN Dünnschicht 10a des mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats 1. Dieses Verfahren ermöglicht die kostengünstige Herstellung einer Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis mit verbesserten Eigenschaften.
  • Die mindestens eine Halbleiterschicht auf GaN-Basis kann mit jedem Verfahren auf der GaN Dünnschicht 10a gewachsen werden. Vorzugsweise wird sie durch ein HVPE-Verfahren, ein MOCVD-Verfahren oder einem ähnlichen Dampfabscheidungsverfahren für epitaktisches Wachsen aufgewachsen.
  • In der ersten Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis der Ausführungsform 2 weist die GaN Dünnschicht, ebenso wie jene des mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats der Ausführungsform 1, vorzugsweise eine Versetzungsdichte von höchstens 1 × 109 cm–2 auf und ist elektrisch leitfähig (weist beispielsweise eine Trägerkonzentration von mindestens 1 × 1017 cm–3 auf), und umfasst einen ersten kristallinen Bereich eines Einkristalls und einen zweiten kristallinen Bereich, der einen Bereich aus einem Einkristall, dessen [0001]-Richtung bezüglich des ersten kristallinen Bereichs invertiert ist, und/oder einen polykristallinen Bereich aufweist.
  • In der ersten Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis der Ausführungsform 2 weist der andere Substrattyp, ebenso wie jener des mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats der Ausführungsform 1, vorzugsweise einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der sich nur gering von jenem der GaN Dünnschicht unterscheidet (Wärmeausdehnungskoeffizient: 5,6 × 10–6 K–1) (weist beispielsweise einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mindestens 1 × 10–8 K–1 und höchstens 1 × 10–5 K–1 auf) und eine Wärmebeständigkeit von mindestens 1200°C auf, ist antikorrosiv, weist eine größere Bandlücke als jene der GaN Dünnschicht auf, kann in einfacher Weise weggeätzt oder durch einen ähnlichen chemischen Prozess entfernt werden, und ist elektrisch leitfähig.
  • Ausführungsform 3
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Efindung betrifft eine zweite Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis. Mit Bezug auf die 1(g) umfasst diese eine GaN Dünnschicht 10a mit einer Dicke von mindestens 0,1 μm und höchstens 100 μm, mindestens eine auf der GaN Dünnschicht 10a aufgetragene Halbleiterschicht auf GaN-Basis, und ein strahlendes und elektrisch leitfähiges Substrat 40, das mit einer äußersten Schicht der Halbleiterschicht auf GaN-Basis 30 verbunden ist. Diese zweite Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis 3, die eine auf der GaN Dünnschicht 10a ausgebildete Halbleiterschicht auf GaN-Basis 30 aufweist, kann kostengünstig hergestellt werden und gute Eigenschaften aufweisen. Ferner kann die zweite Halbleiterschicht auf GaN-Basis 3 mit dem strahlenden und elektrisch leitfähigen Substrat 40, das mit der äußersten Schicht der Halbleiterschicht auf GaN-Basis 30 verbunden ist, Wärme, die beim Durchleiten eines hohen Stroms erzeugt werden, effektiv ableiten. Somit kann eine leistungsstarke Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis (insbesondere eine LED auf GaN-Basis mit hoher Leuchtkraft) erhalten werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die zweite Halbleitereinrichtung auf GaN-Basis anhand eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform, wie im Nachfolgenden mit Bezug auf die 1(e)–1(g) beschrieben, hergestellt. Das Verfahren verwendet die erste Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis 2 der Ausführungsform 2, um die zweite Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis 3 herzustellen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Verbinden einer strahlenden und leitenden Platte mit einer äußersten Oberfläche der Halbleiterschicht auf GaN-Basis 30 der ersten Halbleitereinrichtung auf GaN-Basis 2 (1(f)); und Trennen der GaN Dünnschicht 10a und des anderen Substrattyps 20 voneinander (1(g)). Dieses Verfahren kann eine Halbleitervorrichtung bereitstellen, die zur Ausbildung einer reduzierten Chipgröße an gegenüberliegenden Hauptoberflächen Elektroden aufweist, um somit eine kostengünstige Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis zu bilden.
  • Die strahlende und elektrisch leitfähige Platte kann auf jede Art mit der äußersten Schicht der Halbleiterschicht auf GaN-Basis verbunden werden. Vorzugsweise wird sie mit Lot verbunden. Die strahlende und elektrisch leitfähige Platte bezeichnet ein elektrisch leitfähiges Substrat, das in der Halbleitervorrichtung gespeicherte Wärme nach außen ableitet. Vorzugsweise wird eine Cu-Platte, eine CuW-Platte oder Ähnliches verwendet, da diese Substrate eine hohe Wärmestrahlung aufweisen und deren Wärmeausdehnungskoeffizient jene der Halbleiterschicht auf GaN-Basis ähnelt.
  • In der zweiten Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis der Ausführungsform 3 weist die GaN Dünnschicht, ebenso wie die des mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats der Ausführungsform 1, eine Versetzungsdichte von höchstens 1 × 109 cm–2 auf und ist elektrisch leitfähig (weist beispielsweise eine Trägerkonzentration von mindestens 1 × 1017 cm–3 auf), und umfasst einen ersten kristallinen Bereich aus einem Einkristall und einen zweiten kristallinen Bereich, der einen Bereich aus einem Einkristall, dessen [0001]-Richtung bezüglich des ersten kristallinen Bereichs invertiert ist, und/oder einen polykristallinen Bereich aufweist.
  • Es sollte beachtet werden, dass die jeweils erste und zweite Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis der ersten und dritten Ausführungsform, wie mit Bezug auf die 1(e) und 1(g) beschrieben als eine Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis zu verstehen ist, die eine GaN Dünnschicht 10a mit einer Dicke von mindestens 0,1 μm und höchstens 100 μm, mindestens eine auf einer GaN Dünnschicht 10a aufgetragene Halbleiterschicht auf GaN-Basis 30, und ein Substrat, das mit der GaN Dünnschicht 10a oder einer äußersten Schicht der Halbleiterschicht auf GaN-Basis 30 verbunden ist, aufweist. Es sollte beachtet werden, dass eine Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis, die als Substrat einen mit der GaN Dünnschicht 10a verbundenen anderen Substrattyp 20 aufweist, der ersten Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis entspricht, und dass eine Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis, die als Substrat die mit der äußerten Schicht der Halbleiterschicht auf GaN-Basis 30 verbundene strahlende und elektrisch leitfähige Platte 40 aufweist, der zweiten Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis entspricht.
  • Beispiele
  • Vergleichsbeispiel 1
  • (1) Herstellen und Polieren des kristallinen Körpers aus GaN
  • Bezug nehmend auf die 1(a) wurde anfangs ein HVPE-Verfahren verwendet, um einen kristallinen Körper aus GaN 10 mit einem Durchmesser von zwei Zoll (50,8 mm) und einer Dicke von 10 mm auf einem Basissubstrat 100, unter Verwendung eines GaAs-Substrats mit einer (111)-Ga-Ebene als eine Kristallwachstumsebene oder unter Verwendung eines Saphirsubstrats mit einer (0001)-Ebene als eine Kristallwachstumsebene, zu wachsen.
  • Der kristalline Körper aus GaN 10 wurde nach dem Bilden der ersten Maskenschicht 110, wie in der 4A oder 4B gezeigt, auf dem Basissubstrat 100 gewachsen. Die in der 4A gezeigte erste Maskenschicht 110 wies eine Öffnung 110w in der Form eines Streifens mit einer Breite Vw von 2 μm und einem Abstand Vp von 8 μm auf, und die in der 4B gezeigte erste Maskenschicht 110 wies eine Öffnung 110w in der Form eines Punktes mit einer Breite Vw von 2 μm und einem Abstand Vp von 4 μm auf. Durch das Kristallwachstum durch die Öffnung 110w dieser Maskenschicht 110 wurde der kristalline Körper aus GaN 10 mit einer Versetzungsdichte von mindestens 1 × 105 cm–2 und höchstens 1 × 109 cm–2 gebildet. Die Versetzungsdichte des kristallinen Körpers aus GaN wurde mittels eines Kathodenlumineszenzverfahrens (CL) und eines Ätzgrubendichteverfahrens (EPD) gemessen. Ferner wurde bei dem Kristallwachstum SiCl4 Gas als Dotierstoff eingebracht, um einen elektrisch leitfähigen kristallinen Körper aus GaN 10 mit einer Trägerkonzentration von 7 × 1017 cm–3 und einem spezifischen Widerstand von 0,5 Ωcm zu bilden. Die Trägerkonzentration und der spezifische Widerstand des kristallinen Körpers aus GaN wurden mit Hilfe einer Lochmessvorrichtung bei Zimmertemperatur (25°C) gemessen.
  • Dann wurde das Basissubstrat 100 von dem kristallinen Körper aus GaN 10 weggeschliffen und somit mechanisch entfernt, um einen 10 mm dicken freistehenden kristallinen Körper aus GaN 10 zu bilden. Bezug nehmend auf die 1(b) wurde die GaN-Oberfläche 10n (d. h. die zu verbindende Oberfläche) des kristallinen Körpers aus GaN 10 geschliffen und wies somit eine spiegelnde Oberfläche auf.
  • (2) Wasserstoffionenimplantation in den kristallinen Körper aus GaN
  • Mit Bezug auf die 2(a) wurde dann eine Ionenimplantationsvorrichtung zum Implantieren von Wasserstoffionen 140 mit einer Dosis von 1 × 1017 cm–2 und mit einer Beschleunigungsspannung von 50 keV in den kristallinen Körper aus GaN 10 an einer Stelle implantiert, die der Ebene 10t entspricht, die in einer Tiefe T von 0,1 μm von der N-Oberfläche 10n (die zu verbindende Oberfläche) entfernt angeordnet ist.
  • (3) Verbinden des anderen Substrattyps mit dem kristallinen Körper aus GaN
  • Mit Bezug auf die 2(b) wurde dann die N-Oberfläche 10n (die zu verbindende Oberfläche) geätzt 150, indem eine Trockenätzvorrichtung mit Argon(Ar)-Gas zur Herstellung einer glatten Oberfläche verwendet wurde. Der Ätzvorgang mit Ar-Gas wurde mit einer RF-Leistung von 100 W, einer Ar-Gasflussrate von 50 sccm (es sollte beachtet werden, dass die Einheit ”sccm” das Volumen (cm3) eines Gases angibt, das für eine Minute unter Standardbedingung (d. h. 273 K und 1013 hPa) fließt) und einem Umgebungsdruck von 13,3 Pa durchgeführt. Als der mit dem kristallinen Körper aus GaN zu verbindende andere Substrattyp 20 wurde ein Saphirsubstrat verwendet, dessen zu verbindende Oberfläche mit Ar-Gas zur Herstellung einer glatten Oberfläche geätzt wurde. Der Ätzvorgang mit Ar-Gas wurde mit einer RF-Leistung von 100 W, einer Ar-Gasflussrate von 50 sccm, und einem Umgebungsdruck von 6,7 Pa durchgeführt. Die Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN, die der N-Oberfläche 10n entspricht, wies eine maximale Oberflächenrauigkeit Rmax von 28 μm, eine durchschnittliche Oberflächenrauigkeit Ra von 12,8 nm und einen Winkel zur Achse von 0,010 bezüglich der (0001)-Ebene auf. Hierin gibt der Winkel zur Achse von 0,01° an, dass die N-Oberfläche mit der (0001)-Ebene im Hinblick auf die Genauigkeit des verwendeten Messverfahrens übereinstimmt. Die maximale Oberflächenrauigkeit Rmax wurde mit einer Ebenheitstestvorrichtung über der zu verbindenden Oberfläche gemessen. Die durchschnittliche Oberflächenrauigkeit Ra wurde mit einer optischen Oberflächenkorrektureinrichtung in einem Bereich von 100 μm × 100 μm der zu verbindenden Oberfläche an einem Mittelpunkt und vier Randpunkten für insgesamt fünf Punkte gemessen. Der Winkel zur Achse der zu verbindenden Oberfläche bezüglich der (0001)-Ebene wurde durch Röntgenbeugung in der Mitte der Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN gemessen.
  • Bezug nehmend auf die 2(c) wurde dann eine Oberflächenaktivierung durchgeführt, um den kristallinen Körper aus GaN 10 mit dem anderen Substrattyp 20 zu verbinden, so dass sich die Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN 10 (d. h. die N-Oberfläche 10n) und die Oberfläche des zu verbindenden anderen Substrattyps 20, die gereinigt wurden, berühren.
  • (4) Teilen des kristallinen Körpers aus GaN
  • Bezug nehmend auf die 2(d) wurden dann die kristallinen Körper aus GaN 10 mit den damit verbundenen, zuvor erwähnten verschiedenen anderen Substrattypen 20 einer Wärmebehandlung bei 400°C unterzogen, um eine mit Wasserstoffionen implantierte Ebene zu verspröden (eine Ebene, in die unter Punkte (2) Wasserstoffionen implantiert wurden), um den kristallinen Körper aus GaN in der Ebene abzutrennen. Somit wurden mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrate 1 erhalten, die die zuvor erwähnten verschiedenen anderen Substrattypen 20 und den GaN-Dünnfilm 10a, der mit den anderen Substrattypen verbunden ist und eine Dicke von 0,1 μm aufweist, umfassen. Das zuvor erwähnte Verfahren wurde wiederholt, um 24 mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrate 1 zu erhalten.
  • (5) Bewerten der Haftfähigkeit der GaN Dünnschicht
  • Die so erhaltenen mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrate 1 wurden hinsichtlich der Stärke, mit der die GaN Dünnschicht und der andere Substrattyp zusammengefügt wurden, untersucht. Insbesondere wurde die Haftfähigkeit zwischen der GaN Dünnschicht und dem anderen Substrattyp wie folgt beurteilt: das mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat wurde in eine MOCVD-Vorrichtung gelegt und die Temperatur wurde in einer gasförmigen Ammoniak(NH3)-Umgebung in einem Bereich zwischen 600°C und 1200°C mit einer Änderungsrate von 10°C/min dreimal hintereinander erhöht und abgesenkt. Danach wurde das mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat aus der MOCVD-Vorrichtung entnommen und mit einem optischen Mikroskop untersucht, ob sich die GaN Dünnschicht abgelöst hat. Ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat, bei dem mindestens 90% der GaN Dünnschicht auf der Fläche des anderen Substrattyps verbleibt, wurde als einwandfreies Produkt klassifiziert, anderenfalls als ein fehlerhaftes Produkt erfasst. Von den 24 mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substraten erwiesen sich nur zwei Substrate als einwandfreie Produkte.
  • Es sollte beachtet werden, dass als der andere Substrattyp auch ein AlN-Substrat, ein SiC-Substrat, ein ZnSe-Substrat, ein Si-Substrat, ein MgO-Substrat, ein ZnO-Substrat, ein ZnS-Substrat, ein Quarzsubstrat, ein Kohlenstoffsubstrat und ein Diamantsubstrat verwendetwurden, die im Wesentlichen ähnliche Ergebnisse erzielten.
  • Beispiel 1
  • Es wurde ein kristalliner Körper aus GaN auf ähnliche Weise wie in Vergleichsbeispiel 1 beschrieben gebildet, mit der Ausnahme, dass die N-Oberfläche 10n des kristallinen Körpers aus GaN 10 (die zu verbindende Oberfläche) geschliffen und poliert, und somit hochglanzpoliert, wurde. Die so gebildete Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN (die N-Oberfläche) wies eine maximale Oberflächenrauigkeit Rmax von 18 μm, eine durchschnittliche Oberflächenrauigkeit Ra von 5,1 nm und einen Winkel zur Achse von 0,01° bezüglich einer (0001)-Ebene auf. Dieser kristalline Körper aus GaN wurde mit einem Saphirsubstrat (einem anderen Substrattyp), ähnlich wie im Vergleichsbeispiel 1 beschrieben, verbunden, um ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat zu bilden, und die Haftfestigkeit zwischen der GaN Dünnschicht und dem anderen Substrattyp wurde ermittelt. 13 Substrate der 24 mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrate erwiesen sich als einwandfreie Produkte.
  • Beispiel 2
  • Es wurde ein kristalliner Körper aus GaN auf ähnliche Weise wie in Vergleichsbeispiel 1 beschrieben gebildet, mit der Ausnahme, dass die N-Oberfläche 10n (die zu verbindende Oberfläche) des kristallinen Körpers aus GaN 10 abgeschliffen, fein geschliffen, poliert und somit hochglanzpoliert wurde. Die so erhaltene Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN (die N-Oberfläche) wies eine maximale Oberflächenrauigkeit Rmax von 7 μm, eine durchschnittliche Oberflächenrauigkeit Ra von 5,1 nm und einen Winkel zur Achse von 0,01° bezüglich einer (0001)-Ebene auf. Dieser kristalline Körper aus GaN wurde mit einem Saphirsubstrat (einem anderen Substrattyp), ähnlich wie im Beispiel 1 beschrieben, verbunden, um ein mit einer GaN-Schicht verbundenes Substrat zu bilden, und die Haftfestigkeit zwischen der GaN Dünnschicht und dem anderen Substrattyp wurde ermittelt. 16 Substrate der 24 mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrate erwiesen sich als einwandfreie Produkte.
  • Beispiel 3
  • Es wurde ein kristalliner Körper aus GaN auf ähnliche Weise wie in Beispiel 2 beschrieben gebildet, mit der Ausnahme, dass die N-Oberfläche 10n (die zu verbindende Oberfläche) des kristallinen Körpers aus GaN 10 abgeschliffen, feingeschliffen, poliert, und somit hochglanzpoliert, und anschließend mit Chlor(Cl2)-Gas zur Erzielung einer glatten Oberfläche geätzt wurde. Der Ätzvorgang mit Cl2-Gas wurde mit einer RF-Leistung von 100 W, einer Cl-Gasflussrate von 100 sccm, und einem Umgebungsdruck von 13,3 Pa durchgeführt. Die so erhaltene Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN (die N-Oberfläche) wies eine maximale Oberflächenrauigkeit Rmax von 7 μm, eine durchschnittliche Oberflächenrauigkeit Ra von 0,7 nm und einen Winkel zur Achse von 0 , 010 bezüglich einer (0001)-Ebene auf. Dieser kristalline Körper aus GaN wurde mit einem Saphirsubstrat (einem anderen Substrattyp), ähnlich wie in Beispiel 1 beschrieben, verbunden, um ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat zu bilden, und die Haftfestigkeit zwischen der GaN Dünnschicht und dem anderen Substrattyp wurde ermittelt. 17 Substrate der 24 mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrate erwiesen sich als einwandfreie Produkte.
  • Beispiel 4
  • Es wurde ein kristalliner Körper aus GaN auf ähnliche Weise wie in Beispiel 3 beschrieben gebildet, mit der Ausnahme, dass ein Basissubstrat in der Form eines GaAs-Substrats mit einer Kristallwachstumsebene, die 15° von einer (111)-Ga-Ebene geneigt ist, verwendet wurde, dass ein kristalliner Körper mit einem Durchmesser von zwei Zoll (50,8 mm) bis zu einer Dicke von 10 mm gewachsen wurde, und dass eine zu verbindende Oberfläche des kristallinen Körpers aus GaN (d. h. eine näher am Basissubstrat angeordnete Oberfläche davon) abgeschliffen, feingeschliffen und poliert wurde. Die so erhaltene Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN wies eine maximale Oberflächenrauigkeit Rmax von 7 μm, eine durchschnittliche Oberflächenrauigkeit Ra von 0,7 nm und einen Winkel zur Achse von 15° bezüglich einer (0001)-Ebene auf. Dieser kristalline Körper aus GaN wurde mit einem Saphirsubstrat (einem anderen Substrattyp) verbunden, ähnlich wie in Beispiel 1 beschrieben, um ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat zu bilden, und die Haftfestigkeit zwischen der GaN Dünnschicht und dem unterschiedlichen Substrattyp wurde ermittelt. 19 Substrate der 24 mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrate erwiesen sich als einwandfreie Produkte.
  • Beispiel 5
  • Es wurde ein kristalliner Körper aus GaN ähnlich wie in Beispiel 4 beschrieben gebildet, mit der Ausnahme, dass ein Basissubstrat in der Form eines GaAs-Substrats mit einer Kristallwachstumsebene, die eine 1,7°-Neigung zu einer (111)-Ga-Ebene aufweist, verwendet wurde. Die so erhaltene Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN (d. h. eine näher an dem Basissubstrat angeordnete Oberfläche davon) wies eine maximale Oberflächenrauigkeit Rmax von 7 μm, eine durchschnittliche Oberflächenrauigkeit Ra von 0,7 nm und einen Winkel zur Achse von 1,7° bezüglich einer (0001)-Ebene auf. Dieser kristalline Körper aus GaN wurde mit einem Saphirsubstrat (einem anderen Substrattyp) verbunden, ähnlich wie in Beispiel 1 beschrieben, um ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat zu bilden, und die Haftfestigkeit zwischen der GaN Dünnschicht und dem anderen Substrattyp wurde ermittelt. 21 Substrate der 24 mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrate erwiesen sich als einwandfreie Produkte.
  • Beispiel 6
  • Es wurde ein kristalliner Körper aus GaN ähnlich wie in Beispiel 4 beschrieben gebildet, mit der Ausnahme, dass ein Basissubstrat in der Form eines GaAs-Substrats mit einer Kristallwachstumsebene, die eine 0,8°-Neigung zu einer (111)-Ga-Ebene aufweist, verwendet wurde. Die so erhaltene Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN (d. h. eine näher an dem Basissubstrat angeordnete Oberfläche davon) wies eine maximale Oberflächenrauigkeit Rmax von 7 μm, eine durchschnittliche Oberflächenrauigkeit Ra von 0,7 nm und einen Winkel zur Achse von 0,8° bezüglich einer (0001)-Ebene auf. Dieser kristalline Körper aus GaN wurde mit einem Saphirsubstrat (einem anderen Substrattyp) verbunden, ähnlich wie in Beispiel 1 beschrieben, um ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat zu bilden, und die Haftfestigkeit zwischen der GaN Dünnschicht und dem anderen Substrattyp wurde ermittelt. 22 Substrate der 24 mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrate erwiesen sich als einwandfreie Produkte.
  • Beispiel 7
  • Es wurde ein kristalliner Körper aus GaN ähnlich wie in Beispiel 4 beschrieben gebildet, mit der Ausnahme, dass ein Basissubstrat in der Form eines GaAs-Substrats, das eine 0,2°-Neigung zu einer (111)-Ga-Ebene aufweist, verwendet wurde. Das so erhaltene Substrat des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN (d. h. eine näher an dem Basissubstrat angeordnete Oberfläche davon) wies meine maximale Oberflächenrauigkeit Rmax von 7 μm, eine durchschnittliche Oberflächenrauigkeit Ra von 0,7 nm und einen Winkel zur Achse von 0,2° bezüglich einer (0001)-Ebene auf. Dieser kristalline Körper aus GaN wurde mit einem Saphirsubstrat (einem anderen Substrattyp) verbunden, ähnlich wie in Beispiel 1 beschrieben, ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat zu bilden, und die Haftfestigkeit zwischen der GaN Dünnschicht und dem anderen Substrattyp wurde ermittelt. 22 Substrate der 24 mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrate erwiesen sich als einwandfreie Produkte.
  • Beispiel 8
  • (1) Herstellen und Polieren eines kristallinen Körpers aus GaN
  • Der kristalline Körper aus GaN 10 mit einem Durchmesser von zwei Zoll (50,8 mm) wurde mit einer Dicke von 10 mm gewachsen, ähnlich wie in Beispiel 1 beschrieben, mit der Ausnahme, dass der kristalline Körper 10 aus GaN gewachsen wurde, nachdem die Maskenschicht 130 mit der ersten und zweiten Maskenschicht 110 und 120, wie in der Fig. 5A oder 5B gezeigt, auf dem Basissubstrat 100 gebildet wurden. Als Basissubstrat 100 wurde ein GaAs-Substrat mit einer Kristallwachstumsfläche, die eine 0,5°-Neigung zu einer (111)-Ga-Ebene aufweist, verwendet.
  • Die in der 5A gezeigte Maskenschicht 130 umfasst die zweite Maskenschicht 120 in der Form eines Streifens mit einer Breite Ww von 100 μm und einem Abstand Wp von 500 μm, und die in der 5B gezeigte Maskenschicht 130 umfasst die zweite Maskenschicht 120 in der Form eines Punktes mit einem Durchmesser Ww von 100 μm und einem Abstand Wp von 1000 μm. Durch das Kristallwachstum durch die Öffnung dieser Maskenschicht 130 wurde ein kristalliner Körper aus GaN, der einen ersten auf der ersten Maskenschicht 110 abgeschiedenen kristallinen Bereich 11 und einen zweiten auf der zweiten Maskenschicht 120 abgeschiedenen kristallinen Bereich 12 aufweist, gebildet, wie in den 6A–6C gezeigt. Es sollte beachtet werden, dass dieser kristalline Körper aus GaN durch ein HVPE-Verfahren unter Verwendung einer Stickstoffgasquelle mit erhöhtem Partialdruck gewachsen wurde (insbesondere mindestens 23 hPa), und folglich wurde der zweite kristalline Bereich 12 aus einem Polykristall gebildet.
  • Bezug nehmend auf die 6C und 7(a) wurde ähnlich wie in Beispiel 1 beschrieben, ein 10 mm dicker, freistehender kristalliner Körper aus GaN 10 bereitgestellt, dessen zu verbindende Oberfläche (d. h. eine näher am Basissubstrat angeordnete Oberfläche davon) poliert wurde und somit eine spiegelnde Oberfläche aufwies. Es sollte beachtet werden, dass die Oberfläche genau genommen einen Winkel zur Achse von 0,5° bezüglich der N-Oberfläche 10n beträgt. Dieser Winkel ist jedoch klein und kann durch die N-Oberfläche 10n angenähert werden. Folglich wird in der folgenden Beschreibung die durch die N-Oberfläche 10n genäherte Oberfläche näher beschrieben.
  • (2) Wasserstoffionenimplantation in den kristallinen Körper aus GaN
  • Bezug nehmend auf die 7(b) wurde dann ein Verfahren und Bedingungen wie in Beispiel 1 verwendet, um Wasserstoffionen 140 in den kristallinen Körper aus GaN 10 an einer Position, die der Ebene 10t entspricht, die in einer Tiefe T von 0,1 μm von der Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN 10 angeordnet ist, zu implantieren (d. h. die durch die N-Oberfläche 10n angenäherte Oberfläche (d. h. eine N-Oberfläche 11n des ersten kristallinen Bereichs 11 und eine polykristalline Oberfläche 12p des zweiten kristallinen Bereichs 12)).
  • (3) Verbinden des anderen Substrattyps mit dem kristallinen Körper aus GaN
  • Bezug nehmend auf die 7(c) wurde dann die zu verbindende Oberfläche des kristallinen Körpers aus GaN 10 unter Verwendung einer Trockenätzvorrichtung mit Cl2-Gas zur Erzielung einer glatten Oberfläche geätzt 150 (die durch die N-Oberfläche 10n genäherte Oberfläche (d. h. die N-Oberfläche 11n des ersten kristallinen Bereichs 11 und die polykristalline Oberfläche 12p des zweiten kristallinen Bereichs 12)). Als der mit dem kristallinen Körper aus GaN zu verbindende andere Substrattyp 20 wurde ein Saphirsubstrat verwendet, dessen zu verbindende Oberfläche mit Ar-Gas zur Erzielung einer glatten Oberfläche geätzt wurde. Der Ätzvorgang mit Cl2-Gas und jener mit Ar-Gas wurden unter den wie in Beispiel 3 beschriebenen Bedingungen durchgeführt. Bezug nehmend auf die 7(c) sollte beachtet werden, dass, wenn der zweite kristalline Bereich 12 aus einem Polykristall mit einer durchschnittlichen Korngröße von in etwa mindestens 5 μm gebildet ist, die N-Oberfläche 11n des ersten kristallinen Bereichs 11 schneller geätzt wird als die polykristalline Oberfläche 12p des zweiten kristallinen Bereichs 12. Folglich entsteht, wie in der 7(c) gezeigt, an der zu verbindenden Oberfläche des kristallinen Körpers aus GaN (d. h. die Oberfläche des kristallinen Körpers aus GaN 10, die durch die N-Oberfläche 10n angenähert wird) eine Vertiefung und eine Erhöhung (oder eine Aussparung 10v) von in etwa paar Dutzend nm. Die Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN, mit Ausnahme der Aussparung 10v, wies eine maximale Oberflächenrauigkeit Rmax von 7 μm, eine durchschnittliche Oberflächenrauigkeit Ra von 0,7 nm und einen Winkel zur Achse von 0,5° bezüglich einer (0001)-Ebene auf. Dieser kristalline Körper aus GaN wurde mit einem Saphirsubstrat, ähnlich wie in Beispiel 1 beschrieben, (d. h. einem anderen Substrattyp) verbunden.
  • Es sollte beachtet werden, dass wenn der zweite kristalline Bereich 12 aus einem Polykristall mit einer durchschnittlichen Korngröße von in etwa weniger als 5 μm gebildet ist, die N-Oberfläche 11n des ersten kristallinen Bereichs 11 langsamer geätzt wird als der polykristalline Bereich 12p des zweiten kristallinen Bereichs 12. Folglich entstehen an der Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN, im Gegensatz zu 7(c), (d. h. die Oberfläche des kristallinen Körpers aus GaN 10, die durch die N-Oberfläche 10n angenähert wird) eine Vertiefung und eine Erhöhung (oder eine Aussparung 10v) von in etwa ein paar Dutzend nm, so dass die polykristalline Oberfläche 12p des zweiten kristallinen Bereichs 12, bezogen auf die Oberfläche 11n des ersten kristallinen Bereichs 11, vertieft ausgebildet ist.
  • Der mit dem Saphirsubstrat verbundene kristalline Körper aus GaN wurde ähnlich wie in Beispiel 1 beschrieben geteilt, um ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat zu erhalten. Das mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat wurde hinsichtlich der Haftfestigkeit zwischen der GaN Dünnschicht und dem anderen Substrattyp ausgewertet. Alle (d. h. 24 Substrate) der 24 mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrate erwiesen sich als einwandfreie Produkte.
  • Während in den Beispielen 1–8 als ein anderer Substrattyp ein Saphirsubstrat verwendet wurde, lieferten Beispiele mit anderen Substrattypen, die ein AlN-Substrat, ein SiC-Substrat, ein ZnSe-Substrat, ein Si-Substrat, ein MgO-Substrat, ein ZnO-Substrat, ein ZnS-Substrat, ein Quarzsubstrat, ein Kohlenstoffsubstrat und ein Diamantsubstrat verwendeten, im Wesentlichen ähnliche Ergebnisse.
  • Ferner wurde in den Beispielen 4–8 ein Basissubstrat, das eine Kristallwachstumsebene mit einem großen Winkel zur Achse mit Bezug auf eine bestimmte Kristallebene aufweist, verwendet, um einen kristallinen Körper aus GaN zu wachsen, dessen zu verbindende Oberfläche einen großen Winkel zur Achse mit Bezug auf eine (0001)-Ebene aufweist. Der kristalline Körper aus GaN, dessen zu verbindende Oberfläche einen großen Winkel zur Achse mit Bezug auf die (001)-Ebene aufweist, kann jedoch mit den zuvor beschriebenen Verfahren gewachsen werden; er kann auch wie folgt erhalten werden: Es kann ein Basissubstrat mit einer Kristallwachstumsfläche, dessen Winkel zur Achse 0° beträgt oder einen äußerst geringen Gradwert mit Bezug auf eine bestimmte Kristallebene aufweist, verwendet werden, um einen Kristall zu wachsen, der dann geschnitten, abgeschliffen oder feingeschliffen und poliert wird, um eine Oberfläche mit einem großen Winkel zur Achse mit Bezug auf die (0001)-Ebene zu bilden.
  • Ferner zeigte sich, dass, während in den Beispielen 1–8 Wasserstoffionen in den kristallinen Körper aus GaN implantiert wurden, die Verwendung von Heliumatomen oder Stickstoffatomen anstelle von Wasserstoffatomen ähnliche Ergebnisse liefern.
  • Beispiel 9
  • Das vorliegende Beispiel zeigt ein bestimmtes Beispiel des mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats der Ausführungsform 1 und der Ausführungsform 1A, bei dem ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat mit einer 0,1 μm dicken, elektrisch leitfähigen GaN Dünnschicht verbunden ist. Das mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat des vorliegenden Beispiels wird vorzugsweise als Substrat für eine Leuchtdiode (LED), eine Laserdiode (LD) und weitere ähnliche lichtemittierende Vorrichtungen verwendet.
  • (1) Herstellen und Polieren des kristallinen Körpers aus GaN
  • Mit Bezug auf die 1(a) wurde anfänglich ein HVPE-Verfahren verwendet, um einen kristallinen Körper aus GaN 10 mit einem Durchmesser von zwei Zoll (50,8 mm) und einer Dicke von 10 mm auf einem Basissubstrat 100 zu wachsen, das durch ein GaAs-Substrat mit einer Kristallwachstumsfläche, die eine 0,4°-Neigung zu einer (111)-Ga-Ebene aufweist, gebildet ist.
  • Der kristalline Körper aus GaN 10 wurde nach dem Ausbilden der ersten Maskenschicht 110 auf dem Basissubstrat 100, wie in der 4A oder 4B gezeigt, gewachsen. Die in der 4A gezeigte erste Maskenschicht 110 wies eine Öffnung 110w in der Form eines Streifens mit einer Breite Vw von 2 μm und einem Abstand von Vp von 8 μm auf, und die in der 4B gezeigte erste Maskenschicht 110 wies eine Öffnung 110w in der Form eines Punktes mit einer Breite Vw von 2 μm und einen Abstand Vp von 4 μm auf. Durch das Kristallwachstum durch die Öffnung 110w der Maskenschicht 110 wurde der kristalline Körper 10 aus GaN mit einer Versetzungsdichte von mindestens 1 × 105 cm–2 und höchstens 1 × 109 cm–2 gebildet. Die Versetzungsdichte des kristallinen Körpers aus GaN wurde mit einem Kathodenlumineszenz(CL)-Verfahren und einem Ätzgrubendichte(EPD)-Verfahren gemessen. Des Weiteren wurde während des Kristallwachstums O2-Gas als Dotierstoff eingeführt, um einen elektrisch leitfähigen kristallinen Körper aus GaN 10 mit einer Trägerkonzentration von 1 × 1017 cm–3 und einem spezifischen Widerstand von 0,1 Ωcm zu bilden. Die Trägerkonzentration und der spezifische Widerstand des kristallinen Körpers aus GaN wurden mit einem Lochmessverfahren bei Zimmertemperatur (25°C) gemessen.
  • Dann wurde das Basissubstrat 100 von dem kristallinen Körper aus GaN 10 abgeschliffen und somit mechanisch entfernt, um einen 10 mm dicken, freistehenden kristallinen Körper aus GaN 10 zu bilden. Mit Bezug auf die 1(b) wurde dann die zu verbindende Oberfläche des kristallinen Körpers aus GaN 10 (d. h. die durch die N-Oberfläche 10n angenäherte Oberfläche davon) abgeschliffen, feingeschliffen und poliert, um so eine spiegelnde Oberfläche zu erhalten.
  • (2) Wasserstoffionenimplantation in den kristallinen Körper aus GaN
  • Bezug nehmend auf die 2(a) wurde dann eine Ionenimplantationsvorrichtung verwendet, um Wasserstoffionen 140 mit einer Dosis von 1 × 1017 cm–2 und mit einer Beschleunigungsspannung von 50 keV in den kristallinen Körper aus GaN 10 an eine Position, die der Ebene 10t entspricht, die in einer Tiefe t von 0,1 μm von der Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN 10 angeordnet ist (d. h. die durch die N-Oberfläche 10n angenäherte Oberfläche), zu implantieren.
  • (3) Verbinden des anderen Substrattyps mit dem kristallinen Körper aus GaN
  • Mit Bezug auf die 2(b) wurde dann die zu verbindende Oberfläche des kristallinen Körpers aus GaN 10 (die durch die N-Oberfläche 10n angenäherte Oberfläche) unter Verwendung einer Trockenätzvorrichtung mit Cl2-Gas zur Erzielung einer glatten Oberfläche geätzt 150. Der Ätzvorgang mit Cl2-Gas wurde mit einer RF-Leistung von 100 W, einer Cl2-Gasflussrate von 100 sccm, und einem Umgebungsdruck von 13,3 Pa durchgeführt. Als die mit dem kristallinen Körper aus GaN zu verbindende andere Substrate 20 wurde ein Saphirsubstrat, ein AlN-Substrat, ein SiC-Substrat, ein ZnSe-Substrat, ein Si-Substrat, ein MgO-Substrat, ein ZnO-Substrat, ein ZnS-Substrat, ein Quarzsubstrat, ein Kohlenstoffsubstrat, und ein Diamantsubstrat verwendet, und die entsprechenden zu verbindenden Oberflächen der Substrate wurden jeweils mit Ar-Gas zur Erzielung einer glatten Oberfläche geätzt. Der Ätzvorgang mit Ar-Gas wurde mit einer RF-Leistung von 100 W, einer Ar-Gasflussrate von 50 sccm und einem Umgebungsdruck von 6,7 Pa durchgeführt. Die Verwendung von Cl2-Gas zum chemischen Ätzen des kristallinen Körpers aus GaN kann eine Oxidschicht, die sich auf einer Oberfläche des kristallinen Körpers aus GaN bildet, chemisch entfernen. Der so geätzte kristalline Körper aus GaN kann eine glattere Oberfläche aufweisen und somit mit größerer Stärke verbunden werden, als jener, der mit Ar-Gas physikalisch geätzt wurde. Die Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN wies eine maximale Oberflächenrauigkeit Rmax von 7 μm, eine durchschnittliche Oberflächenrauigkeit Ra von 0,7 nm und einen Winkel zur Achse von 0,4°, bezogen auf eine (0001)-Ebene, auf.
  • Mit Bezug auf die 2(c) wurde dann eine Oberflächenaktivierung durchgeführt, um den kristallinen Körper aus GaN 10 mit jedem der zuvor beschriebenen verschiedenen anderen Substrattypen 20 so zu verbinden, dass sich die Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN 10 (d. h. die N-Oberfläche 10n) und die Oberfläche des zu verbindenden anderen Substrattyps 20, die geglättet wurden, berühren.
  • (4) Teilen des kristallinen Körpers aus GaN
  • Mit Bezug auf die 2(d) wurden dann die kristallinen Körper aus GaN 10 mit den damit verbundenen, zuvor erwähnten verschiedenen anderen Substrattypen 20 einer Wärmebehandlung bei 400°C unterzogen, um eine mit Wasserstoffionen implantierte Ebene zu verspröden (eine Ebene, in die unter Punkt (2) Wasserstoffionen implantiert wurden), um den kristallinen Körper aus GaN in dieser Ebene zu teilen. Auf diese Weise wurden die mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrate 1 erhalten, die die zuvor erwähnten verschiedenen anderen Substrattypen 20 und die GaN Dünnschicht 10a, die mit den anderen Substrattypen 20 verbunden ist und eine Dicke von 0,1 μm aufweist, umfassen. Nachdem Abtrennen der GaN Dünnschicht von dem kristallinen Körper aus GaN 10 bleibt ein kristalliner Körper aus GaN 10b übrig, der zur Herstellung eines späteren mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats verwendet wird.
  • Das zuvor beschriebene Verfahren kann wiederholt werden, um aus einem 10 mm dicken kristallinen Körper aus GaN 10000 mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrate mit einer 0,1 μm dicken GaN Dünnschicht zu erhalten. Ein mit einer herkömmlichen Drahtsäge geschnittener 10 mm dicker kristalliner Körper aus GaN ergibt nur 10 300 μm dicke GaN-Substrate. Mit dem vorliegenden Beispiel kann eine große Anzahl von mit einer GaN Dünnschicht verbundener Substrate aus einem kristallinen Körper erhalten und so zu erheblich geringeren Kosten hergestellt werden.
  • In den mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substraten des vorliegenden Beispiels, wie in Ausführungsform 1 beschrieben, wird der andere Substrattyp, der einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mindestens 1 × 10–8 K–1 und höchstens 1 × 105 K–1, eine Wärmebeständigkeit von mindestens 1200°C, einen Korrosionsschutz und weitere ähnliche Eigenschaften aufweist, entsprechend verwendet.
  • Des Weiteren wird das mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat des vorliegenden Beispiels als Substrat für eine lichtemittierende Vorrichtung verwendet. Folglich wird vorzugsweise zur Erhöhung der Lichtextraktionseffizienz der Vorrichtung als anderer Substrattyp ein Substrat mit einer größeren Bandlücke als GaN, wie beispielsweise ein Saphirsubstrat, ein AlN-Substrat, ein MgO-Substrat, ein ZnO-Substrat, ein ZnS-Substrat, ein Quarzsubstrat, ein Diamantsubstrat und Ähnliches, verwendet.
  • Des Weiteren wird das mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat des vorliegenden Beispiels als ein Substrat für eine lichtemittierende Vorrichtung verwendet. Folglich wird vorzugsweise zur Ausbildung von Elektroden an den jeweils gegenüberliegenden Hauptoberflächen der lichtemittierenden Vorrichtung zur Gewährleistung einer elektrischen Leitfähigkeit zwischen den Hauptoberflächen als der andere Substrattyp ein elektrisch leitfähiges Substrat, wie beispielsweise ein SiC-Substrat, ein Si-Substrat, ein Kohlenstoffsubstrat und Ähnliches, verwendet.
  • Beispiel 10
  • Das vorliegende Beispiel umfasst ein bestimmtes Beispiel des mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats der Ausführungsform 1 und der Ausführungsform 1B, bei dem ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat mit einer 100 μm dicken, elektrisch leitfähigen GaN Dünnschicht verbunden ist. Das mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat des vorliegenden Beispiels wird vorzugsweise als Substrat für eine LED, eine LD und für weitere ähnliche lichtemittierende Vorrichtungen verwendet.
  • (1) Herstellen und Polieren des kristallinen Körpers aus GaN
  • Wie zuvor in Beispiel 9 beschrieben, wurde ein freistehender kristalliner Körper aus GaN 10 mit einem Durchmesser von zwei Zoll (50,8 mm) und einer Dicke von 10 mm (Versetzungsdichte: mindestens 1 × 105 cm–2 und höchstens 1 × 109 cm–2, Trägerkonzentration: 2 × 1019 cm–3, spezifischer Widerstand: 0,02 Ωcm) erhalten. Danach wurde, wie in Beispiel 9 beschrieben, eine zu verbindende Oberfläche des kristallinen Körpers aus GaN 10 (d. h. die durch die N-Oberfläche 10n angenäherte Oberfläche davon) poliert und wies somit eine spiegelnde Oberfläche auf.
  • (2) Verbinden des anderen Substrattyps mit dem kristallinen Körper aus GaN
  • Mit Bezug auf die 3(a) wurde dann die zu verbindende Oberfläche des kristallinen Körpers aus GaN 10 (die durch die N-Oberfläche 10n angenäherte Oberfläche) unter Verwendung einer Trockenätzvorrichtung mit Cl2-Gas zur Erzielung einer glatten Oberfläche geätzt 150. Als der mit dem kristallinen Körper aus GaN zu verbindende andere Substrattyp 20 wurde ein Saphirsubstrat, ein AlN-Substrat, ein SiC-Substrat, ein ZnSe-Substrat, ein Si-Substrat, ein MgO-Substrat, ein ZnO-Substrat, ein ZnS-Substrat, ein Quarzsubstrat, ein Kohlenstoffsubstrat, ein Diamantsubstrat, ein Ga2O3-Substrat und ein ZrB2-Substrat verwendet, und die jeweiligen zu verbindenden Oberflächen der Substrate wurden jeweils mit Ar-Gas zur Erzielung von glatten Oberflächen geätzt. Der Ätzvorgang mit Cl2-Gas und jener mit Ar-Gas wurden unter ähnlichen Bedingungen wie in Beispiel 9 beschrieben durchgeführt. Die Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN wies eine maximale Oberflächenrauigkeit Rmax von 7 μm, eine durchschnittliche Oberflächenrauigkeit Ra von 0,7 nm, und einen Winkel zur Achse von 0,4° bezüglich einer (0001)-Ebene auf. Mit Bezug auf die 3(b) wurde dann der kristalline Körper aus GaN 10, ähnlich wie in Beispiel 9 beschrieben, mit jedem der zuvor erwähnten verschiedenen anderen Substrattypen 20 verbunden.
  • (3) Teilen des kristallinen Körpers aus GaN
  • Mit Bezug auf die 3(c) wurde dann der kristalline Körper aus GaN 10 mit einer Elektroerrosionsmaschine, einer Drahtsäge, einem Außenkantenschneider oder einem Innenkantenschneider in der Ebene 10t, die einen Abstand T von 100 μm von dessen Grenzfläche mit dem anderen Substrattyp 20 aufweist, geschnitten, um das mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat 1 einschließlich dem anderen Substrattyp 20 und der GaN Dünnschicht 10a, die mit dem anderen Substrattyp 20 verbunden ist und eine Dicke von 100 μm aufweist, zu erhalten. Nach dem Trennen der GaN Dünnschicht 10a von dem kristallinen Körper aus GaN 10 bleibt der kristalline Körper aus GaN 10b übrig, der zur Herstellung eines späteren mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats verwendet wird.
  • Das zuvor beschriebene Verfahren kann wiederholt werden, um aus einem 10 mm dicken kristallinen Körper aus GaN 20 mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrate mit einer 100 μm dicken GaN Dünnschicht zu erhalten. Ein mit einer herkömmlichen Drahtsäge geschnittener 10 mm dicker kristalliner Körper aus GaN ergibt lediglich 10 300 μm dicke GaN-Substrate. Das vorliegende Beispiel ermöglicht die Herstellung einer großen Anzahl mit einer GaN Dünnschicht verbundener Substrate aus einem kristallinen Körper aus GaN und somit deren Herstellung zu erheblich niedrigeren Kosten.
  • In dem mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrat des vorliegenden Beispiels, wie in Beispiel 9 beschrieben, wird der andere Substrattyp mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von mindestens 1 × 10–8 K–1 und höchstens 1 × 10–5 K–1, einer Wärmebeständigkeit von mindestens 1200°C, mit Korrosionsschutz, mit einer größeren Bandlücke als GaN, mit elektrischer Leitfähigkeit und weiteren ähnlichen Eigenschaften entsprechend verwendet.
  • Beispiel 11
  • Das vorliegende Beispiel umfasst ein weiters spezielles Beispiel eines mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats der Ausführungsform 1 und der Ausführungsform 1A, bei dem ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat mit einer 0,1 μm dicken, elektrisch leitfähigen GaN Dünnschicht verbunden ist, die einen ersten kristallinen Bereich aus einem Einkristall und einen zweiten kristallinen Bereich, der aus einem Einkristall, dessen [0001]-Richtung bezüglich des ersten kristallinen Bereichs invertiert ist, gebildet ist, aufweist. Das mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat des vorliegenden Beispiels wird vorzugsweise als Substrat für eine LED, eine LD und für eine ähnliche lichtemittierende Vorrichtung verwendet.
  • (1) Herstellen und Polieren des kristallinen Körpers aus GaN
  • Es wurde ein kristalliner Körper aus GaN 10 mit einem Durchmesser von zwei Zoll (50,8 mm) und einer Dicke von 10 mm, ähnlich wie in Beispiel 9 beschrieben, gewachsen, mit der Ausnahme, dass der kristalline Körper aus GaN 10 nach Ausbilden der Maskenschicht 130 mit der ersten und der zweiten Maskenschicht 110 und 120 auf dem Basissubstrat 100, wie in der 5A oder 5B gezeigt, gewachsen wurde.
  • Die in der 5A gezeigte Maskenschicht 130 umfasst die zweite Maskenschicht 120 in der Form eines Streifens mit einer Breite Ww von 100 μm und einem Abstand von Wp von 500 μm, und die in der 5B gezeigte Maskenschicht 130 umfasst die zweite Maskenschicht 120 in der Form eines Punktes mit einem Durchmesser Ww von 100 μm und einem Abstand Wp von 1000 μm. Durch das Kristallwachstum durch die Öffnung dieser Maskenschicht 130 wird der kristalline Körper aus GaN 10 gebildet, der einen ersten auf der ersten Maskenschicht 110 abgeschiedenen kristallinen Bereich 11 und einen zweiten auf der zweiten Maskenschicht 120 abgeschiedenen kristallinen Bereich 12 aufweist, wie in den 6A–6C gezeigt. Es sollte beachtet werden, dass der kristalline Körper aus GaN anhand eines HVPE-Verfahrens mit einer Stickstoffgasquelle mit verringertem Partialdruck (insbesondere höchstens 23 kPa) gewachsen wurde, und folglich wurde der zweite kristalline Bereich 12 aus einem Einkristall gebildet, dessen [0001]-Richtung bezüglich des ersten kristallinen Bereichs 11 invertiert ist. Folglich weist der kristalline Körper aus GaN 10 eine N-Oberfläche 10n, die eine N-Oberfläche 11n des ersten kristallinen Bereichs 11 und eine Ga-Oberfläche 12g des zweiten kristallinen Bereichs 12 umfasst, und eine Ga-Oberfläche 10g, die eine Ga-Oberfläche 11g des ersten kristallinen Bereichs und eine N-Oberfläche 12n des zweiten kristallinen Bereichs umfasst, auf. Ferner ist der so erhaltene kristalline Körper aus GaN elektrisch leitfähig, weist eine Versetzungsdichte von mindestens 1 × 104 cm–2 und höchstens 1 × 108 cm–2, eine Trägerkonzentration von 1 × 1019 cm–3 und einen spezifischen Widerstand von 0,005 Ωcm auf. Es sollte beachtet werden, dass die Versetzungsdichte des kristallinen Körpers aus GaN des vorliegenden Beispiels durch den zweiten kristallinen Bereich 12 absorbiert wurde und somit eine geringere Versetzungsdichte als im Beispiel 9 aufweist.
  • Mit Bezug auf die 6C und 7(a) wurde dann ein 10 mm dicker, freistehender kristalliner Körper aus GaN 10, ähnlich wie in Beispiel 9 beschrieben, gebildet, dessen zu verbindende Oberfläche (d. h. die durch die N-Oberfläche 10n angenäherte Oberfläche) poliert wurde und somit eine spiegelnde Oberfläche aufwies.
  • (2) Wasserstoffionenimplantation in den kristallinen Körper aus GaN
  • Mit Bezug auf die 7(b) wurde dann ein Verfahren und ein Bedingungen, ähnlich wie in Beispiel 9, verwendet, um Wasserstoffionen 140 in den kristallinen Körper aus GaN 10 an eine Position, die der Ebenen 10t entspricht, die in einer Tiefe T von 0,1 μm von der Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN 10 angeordnet ist (d. h. die durch die N-Oberfläche 10n angenäherte Oberfläche (d. h. die N-Oberfläche 11n des ersten kristallinen Bereichs 11 und die Ga-Oberfläche 12g des zweiten kristallinen Bereichs 12)), zu implantieren.
  • (3) Verbinden des anderen Substrattyps mit dem kristallinen Körper aus GaN
  • Mit Bezug auf die 7(c) wurde dann die zu verbindende Oberfläche des kristallinen Körpers aus GaN 10 (die durch die N-Oberfläche 10n angenäherte Oberfläche (d. h. die N-Oberfläche 11n des ersten kristallinen Bereichs 11 und die Ga-Oberfläche 12g des zweiten kristallinen Bereichs 12)) unter Verwendung einer Trockenätzvorrichtung mit Cl2-Gas zur Erzielung einer glatten Oberfläche geätzt 150. Als der mit dem kristallinen Körper aus GaN zu verbindende andere Substrattyp 20 wurde ein Saphirsubstrat, ein AlN-Substrat, ein SiC-Substrat, ein ZnSe-Substrat, ein Si-Substrat, ein MgO-Substrat, ein ZnO-Substrat, ein ZnS-Substrat, ein Quarzsubstrat, ein Kohlenstoffsubstrat, ein Diamantsubstrat, ein Ga2O3-Substrat, und ein ZrB2-Substrat verwendet, und die entsprechenden zu verbindenden Oberflächen der Substrate wurden zur Erzielung von glatten Oberflächen mit Ar-Gas geätzt. Der Ätzvorgang mit Cl2-Gas und jener mit Ar-Gas wurden unter ähnlichen Bedingungen wie in Beispiel 9 beschrieben durchgeführt. Es sollte beachtet werden, dass die N-Oberfläche 11n des ersten kristallinen Bereichs 11 schneller geätzt wird als die Ga-Oberfläche 12g des zweiten kristallinen Bereichs 12. Folglich entsteht an der Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN 10 (d. h. die durch die N-Oberfläche 10n angenäherte Oberfläche) eine Vertiefung und eine Erhöhung (oder eine Aussparung 10v) von in etwa ein paar Dutzend nm, wie in der 7(c) gezeigt. Diese Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN, einschließlich der Aussparung 10v, wies eine maximale Oberflächerauigkeit Rmax von 7 μm, eine durchschnittliche Oberflächenrauigkeit Ra von 0,7 nm und einen Winkel zur Achse von 0,4°, bezogen auf eine (0001)-Ebene auf.
  • Mit Bezug auf die 7(d) wurde dann der kristalline Körper aus GaN 10, ähnlich wie in Beispiel 1 beschrieben, mit jedem der zuvor beschriebenen verschiedenen anderen Substrattypen 20 verbunden. Da die N-Oberfläche des kristallinen Körpers aus GaN 10 mit der Erhöhung und Vertiefung von in etwa ein paar Dutzend nm versehen ist, entsteht in gleichmäßigen Abständen die Aussparung 10v zwischen dem kristallinen Körper aus GaN 10 und dem anderen Substrattyp 20. Diese Aussparung 10v verringert wirksam eine Verspannung, die sich aus einem Unterschied in den Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen einer GaN Dünnschicht und einem anderen Substrattyp ergibt, und die verursacht wird, indem eine Halbleiterschicht auf GaN-Basis auf der GaN Dünnschicht 10a gewachsen wird.
  • (4) Trennen des kristallinen Körpers aus GaN
  • Mit Bezug auf die 7(e) wurden die kristallinen Körper aus GaN 10 mit den damit verbundenen, zuvor erwähnten verschiedenen anderen Substrattypen 20, einer Wärmebehandlung bei 400°C unterzogen, um eine mit Wasserstoffionen implantierte Ebene zu verspröden (d. h. eine Ebene, in die Wasserstoffionen unter Punkt (2) implantiert wurden), um den kristallinen Körper aus GaN in dieser Ebene zu teilen. Somit wurden mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrate 1 erhalten, die die zuvor erwähnten verschiedenen anderen Substrattypen und die GaN Dünnschicht 10a, die mit den anderen Substrattypen verbunden ist und eine Dicke von 0,1 μm aufweist, umfassen. Nach dem Trennen der GaN Dünnschicht 10a von dem kristallinen Körper aus GaN 10 bleibt ein kristalliner Körper aus GaN 10b übrig, der zur Herstellung eines späteren mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats verwendet wird.
  • Das zuvor beschriebene Verfahren kann wiederholt werden, um aus einem 10 mm dicken kristallinen Körper aus GaN 6000 mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrate einschließlich einer 0,1 μm dicken GaN Dünnschicht zu erhalten. Ein mit einer herkömmlichen Drahtsäge geschnittener kristalliner Körper aus GaN ergibt lediglich 10 300 μm dicke GaN-Substrate. In dem vorliegenden Beispiel kann eine große Anzahl von mit einer GaN Dünnschicht verbundener Substrate aus einem kristallinen Körper aus GaN erhalten und somit zu erheblich geringeren Kosten hergestellt werden.
  • In dem mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrat des vorliegenden Beispiels, wie in Beispiel 9 beschrieben wurde, wird der andere Substrattype mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von mindestens 1 × 10–8 K–1 und höchstens 1 × 10–5 K–1, mit einer Wärmebeständigkeit von mindestens 1200°C, mit Korrosionsschutz, einer größeren Bandlücke als GaN, mit elektrischer Leitfähigkeit und weiteren ähnlichen Eigenschaften entsprechend verwendet.
  • Beispiel 12
  • Das vorliegende Beispiel umfasst ein noch weiteres bestimmtes Beispiel des mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats der Ausführungsform 1 und der Ausführungsform 1A, bei dem ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat mit einer 0,1 μm dicken, halbisolierenden GaN Dünnschicht verbunden ist. Das mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat des vorliegenden Beispiels wird vorzugsweise als Substrat für Hochfrequenzvorrichtungen, einem Transistor mit schneller Elektronenbeweglichkeit (HEMT) und ähnliche elektronische Einrichtungen verwendet.
  • (1) Herstellen und Polieren des kristallinen Körpers aus GaN
  • Es wurde ein freistehender, halbisolierender kristalliner Körper aus GaN 10 mit einem Durchmesser von zwei Zoll (50,8 mm) und einer Dicke von 10 mm (Versetzungsdichte: mindestens 1 × 105 cm–2 und höchstens 1 × 109 cm–2, spezifischer Widerstand: 1 × 107 Ωcm) erhalten, ähnlich wie in Beispiel 9 beschrieben, mit der Ausnahme, dass während des Wachsens des kristallinen Körpers aus GaN dieser mit Fe, Cr oder V mit einer Dosis von 4 × 1018 cm–3 dotiert wurde.
  • (2) Wasserstoffimplantation in den kristallinen Körper aus GaN
  • Dann wurde ein Verfahren und Bedingungen ähnlich wie in Beispiel verwendet, um Wasserstoffionen in den kristallinen Körper aus GaN an eine Position, die einer Ebene entspricht, die in einer Tiefe T von 0,1 μm von der Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN (d. h. eine durch eine N-Oberfläche angenäherte Oberfläche) angeordnet ist, zu implantieren.
  • (3) Verbinden des anderen Substrattyps mit dem kristallinen Körper aus GaN
  • Dann wurde ein Verfahren und Bedingungen ähnlich wie in Beispiel 9 verwendet, um die Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN (d. h. die durch die N-Oberfläche angenäherte Oberfläche) mit Cl2-Gas zur Erzielung einer glatten Oberfläche zu ätzen. Als der mit dem kristallinen Körper aus GaN zu verbindende andere Substrattyp wurde ein Saphirsubstrat, ein AlN-Substrat, ein SiC-Substrat, ein ZnSe-Substrat, ein Si-Substrat, ein MgO-Substrat, ein ZnO-Substrat, ein ZnS-Substrat, ein Quarzsubstrat, ein Kohlenstoffsubstrat, ein Diamantsubstrat, ein Ga2O3-Substrat und ein ZrB2-Substrat verwendet, und die entsprechenden zu verbindenden Oberflächen der Substrate wurden ähnlich wie in dem in der 9 beschriebenen Verfahren und Bedingungen jeweils mit Argongas zur Erzielung glatter Oberflächen geätzt. Diese Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN wies eine maximale Oberflächenrauigkeit Rmax von 7 μm, eine durchschnittliche Oberflächenrauigkeit Ra von 0,7 nm und einem Winkel zur Achse von 0,4° bezüglich einer (0001)-Ebene auf. Danach wurde der kristalline Körper aus GaN, wie in Beispiel 9 beschrieben, mit jedem der zuvor erwähnten, verschiedenen anderen Substrattypen verbunden.
  • (4) Trennen des kristallinen Körpers aus GaN
  • Die kristallinen Körper aus GaN mit den darauf verbundenen zuvor erwähnten verschiedenen anderen Substrattypen wurden dann einer Wärmebehandlung bei 400°C unterzogen, um eine mit Wasserstoffionen implantierte Ebene (eine Ebene, in die Wasserstoffionen unter Punkt (2) implantiert wurden) zu verspröden, um den kristallinen Körper aus GaN in dieser Ebene zu teilen. Somit wurden mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrate erhalten, die die zuvor erwähnten verschiedenen anderen Substrattypen und die halbisolierende GaN Dünnschicht, die mit den anderen Substrattypen verbunden ist und eine Dicke von 0,1 μm aufweist, umfassen. Der kristalline Körper aus GaN, von dem die GaN Dünnschicht abgetrennt wurde, wird zur Herstellung eines späteren mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats verwendet.
  • Das zuvor beschriebene Verfahren kann wiederholt werden, um aus einem 10 mm dicken Körper aus GaN 10000 mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrate einschließlich einer 0,1 μm dicken GaN Dünnschicht zu erhalten. Ein mit einer herkömmlichen Drahtsäge geschnittener 10 mm dicker kristalliner Körper aus GaN ergibt lediglich 10 300 μm dicke GaN-Substrate. In dem vorliegenden Beispiel kann eine große Anzahl von mit einer GaN Dünnschicht verbundener Substrate aus dem kristallinen Körper aus GaN erhalten und somit zu erheblich geringeren Kosten hergestellt werden.
  • Für das mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat des vorliegenden Beispiels wird, wie in Beispiel 11 beschrieben, der andere Substrattyp mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von mindestens 1 × 10–8 K–1 und höchstens 1 × 10–5 K–1, einer Wärmebeständigkeit von mindestens 1200°C, einem Korrosionsschutz und weiteren ähnlichen Eigenschaften entsprechend verwendet.
  • Des Weiteren wird das mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat des vorliegenden Beispiels als ein Substrat für einen HEMT oder für eine ähnliche elektronische Vorrichtung verwendet. Folglich wird zur Reduzierung oder Verhinderung von Leckströmen in der Vorrichtung vorzugsweise der andere Substrattyp in Form eines halbisolierenden oder isolierenden Substrats, wie beispielsweise ein Saphirsubstrat, ein AlN-Substrat, ein SiC-Substrat, ein ZnSe-Substrat, ein Si-Substrat, ein MgO-Substrat, ein ZnO-Substrat, ein ZnS-Substrat, ein Quarzsubstrat, ein Diamantsubstrat, ein Ga2O3-Substrat und ein ZrB2-Substrat und Ähnliches, verwendet.
  • Beispiel 13
  • Das vorliegende Beispiel umfasst ein noch weiteres bestimmtes Beispiel des mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats der Ausführungsform 1 und der Ausführungsform 1A, bei dem ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat mit einer 0,1 μm dicken, halbisolierenden GaN Dünnschicht, die einen ersten kristallinen Bereich aus einem Einkristall und einem zweiten kristallinen Bereich aus einem Polykristall aufweist, verbunden ist. Das mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat des vorliegenden Beispiels wird vorzugsweise als ein Substrat für einen HEMT und eine ähnliche elektrische Vorrichtung verwendet.
  • (1) Herstellen und Polieren des kristallinen Körpers aus GaN
  • Es wurde ein 10 mm dicker, freistehender, halbisolierender kristalliner Körper aus GaN 10 (Versetzungsdichte: mindestens 1 × 104 cm–2 und höchstens 1 × 108 cm–2, spezifischer Widerstand: 1 × 10 Ωcm) mit einem ersten kristallinen Bereich aus einem Einkristall und einem zweiten kristallinen Bereich aus einem Polykristall erhalten, ähnlich wie in Beispiel 11 beschrieben, mit der Ausnahme, dass während des Wachsens des kristallinen Körpers aus GaN dieser mit Fe, Cr oder V mit einer Dosis von 5 × 1018 cm–3 dotiert und der Partialdruck der Stickstoffgasquelle erhöht wurde (insbesondere mindestens 23 kPa). In Bezug auf die 6C weist der kristalline Körper aus GaN 10 eine N-Oberfläche 10n, die eine N-Oberfläche 11n eines ersten kristallinen Bereichs 11 und eine polykristalline Oberfläche 12p eines zweiten kristallinen Bereichs 12 umfasst, und eine Ga-Oberfläche 10g, die eine Ga-Oberfläche 11g des ersten kristallinen Bereichs und eine polykristalline Oberfläche 12q des zweiten kristallinen Bereichs umfasst, auf. Danach wurde eine zu verbindende Oberfläche des kristallinen Körpers aus GaN 10, ähnlich wie in Beispiel 11 beschrieben, (d. h. eine durch die N-Oberfläche 10n angenäherte Oberfläche) poliert und wies somit eine spiegelnde Oberfläche auf.
  • (2) Wasserstoffionenimplantation in den kristallinen Körper aus GaN
  • Dann wurde ein Verfahren und Bedingungen ähnlich wie in Beispiel 11 verwendet, um Wasserstoffionen in den kristallinen Körper aus GaN an eine Position, die einer Ebene entspricht, die in einer Tiefe von 0,1 μm von der N-Oberfläche des kristallinen Körpers aus GaN (d. h. die N-Oberfläche des ersten kristallinen Bereichs und die Ga-Oberfläche des zweiten kristallinen Bereichs) angeordnet ist, zu implantieren.
  • (3) Verbinden des anderen Substrattyps mit dem kristallinen Körper aus GaN
  • Danach wurde ein Verfahren und Bedingungen ähnlich wie in Beispiel 11 verwendet, um die Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN (d. h. die durch die N-Oberfläche 10n angenäherte Oberfläche (d. h. die N-Oberfläche 11n des ersten kristallinen Bereichs 11 und die polykristalline Oberfläche 12p des zweiten kristallinen Bereichs 12)) mit Cl2-Gas zur Erzielung einer glatten Oberfläche geätzt. Mit Bezug auf die 7(c) sollte beachtet werden, dass wenn der zweite kristalline Bereich 12 aus einem Polykristall mit einer durchschnittlichen Korngröße von etwa mindestens 5 μm gebildet ist, die N-Oberfläche 11n des ersten kristallinen Bereichs 11 schneller geätzt wird als die polykristalline Oberfläche 12p des zweiten kristallinen Bereichs 12. Folglich entsteht an der Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN 10 (d. h. die durch die N-Oberfläche 10n angenäherte Oberfläche) eine Vertiefung und eine Erhöhung (oder eine Aussparung 10v) von in etwa ein paar Dutzend nm, wie in der 7(c) gezeigt. Diese Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN, mit Ausnahme der Aussparung, wies eine maximale Oberflächenrauigkeit Rmax von 7 μm, eine durchschnittliche Oberflächenrauigkeit Ra von 0,7 nm und einen Winkel zur Achse von 0,4°, bezogen auf eine (0001)-Ebene auf.
  • Des Weiteren wurde ein Verfahren und Bedingungen wie in Beispiel 11 verwendet, um den mit dem kristallinen Körper aus GaN zu verbindenden anderen Substrattyp zu ätzen. Als Substrat wurde ein Saphirsubstrat, ein AlN-Substrat, ein SiC-Substrat, ein ZnSe-Substrat, ein Si-Substrat, ein MgO-Substrat, ein ZnO-Substrat, ein ZnS-Substrat, ein Quarzsubstrat, ein Kohlenstoffsubstrat, ein Diamantsubstrat, ein Ga2O3-Substrat und ein ZrB2-Substrat verwendet, und die entsprechenden zu verbindenden Oberflächen der Substrate wurden mit Ar-Gas zur Erzielung glatter Oberflächen geätzt.
  • Danach wurde der kristalline Körper aus GaN, ähnlich wie in Beispiel 11 beschrieben, mit jedem der zuvor beschriebenen verschiedenen anderen Substrattypen verbunden. Da mit Bezug auf die 7(d) die N-Oberfläche 10n des kristallinen Körpers aus GaN 10 eine Erhöhung und eine Vertiefung von in etwa ein paar Dutzend nm aufweist, entsteht in regelmäßigen Abständen eine Aussparung 10v zwischen dem kristallinen Körper aus GaN 10 und dem anderen Substrattyp 20. Diese Aussparung verringert wirksam eine Verspannung, die sich aus einem Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen einer GaN Dünnschicht und dem anderen Substrattyp ergibt, und die verursacht wird, indem eine Halbleiterschicht auf GaN-Basis auf der GaN Dünnschicht gewachsen wird.
  • Es sollte beachtet werden, dass wenn der zweite kristalline Bereich 12 aus einem Polykristall mit einer durchschnittlichen Korngröße von in etwa weniger als 5 μm gebildet ist, die N-Oberfläche 11n des ersten kristallinen Bereichs 11 langsamer als die polykristalline Oberfläche 12p des zweiten kristallinen Bereichs 12 geätzt wird. Folglich entsteht, im Gegensatz zu 7(c), an der Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN (d. h. die Oberfläche des kristallinen Körpers aus GaN 10, die durch die N-Oberfläche 10n angenähert wird) eine Vertiefung und eine Erhöhung (oder eine Aussparung) von in etwa ein paar Dutzend nm, so dass die polykristalline Oberfläche 12p des zweiten kristallinen Bereichs 12 bezogen auf die Oberfläche 11n des ersten kristallinen Bereichs 11 vertieft ausgebildet ist.
  • (4) Teilen des kristallinen Körpers aus GaN
  • Danach wurden die kristallinen Körper aus GaN mit den damit verbundenen zuvor erwähnten verschiedenen anderen Substrattypen, ähnlich wie in Beispiel 11 beschrieben, einer Wärmebehandlung bei 400°C unterzogen, um eine mit Wasserstoffionen implantierte Ebene (eine Ebene, in die Wasserstoffionen unter Punkt (2) implantiert wurden) zu verspröden, um den kristallinen Körper aus GaN in dieser Ebene zu teilen. Somit wurden mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrate erhalten, die die zuvor erwähnten verschiedenen anderen Substrattypen und eine GaN Dünnschicht, die mit den anderen Substrattypen verbunden ist und eine Dicke von 0,1 μm aufweist, umfassen. Der kristalline Körper aus GaN, von dem die GaN Dünnschicht abgetrennt wurde, wird zur Herstellung eines späteren mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats verwendet.
  • Das zuvor erwähnte Verfahren kann wiederholt werden, um aus einem 10 mm dicken kristallinen Körper aus GaN 6000 mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrate einschließlich einer 0,1 μm dicken GaN Dünnschicht zu erhalten. Ein mit einer herkömmlichen Drahtsäge geschnittener 10 mm dicker kristalliner Körper aus GaN ergibt lediglich 10 300 μm dicke GaN-Substrate. In dem vorliegenden Beispiel kann eine große Anzahl von mit einer GaN Dünnschicht verbundener Substrate aus einem kristallinen Körper aus GaN erhalten und somit zu erheblich geringeren Kosten hergestellt werden.
  • Für das mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat des vorliegenden Beispiels wird, wie in Beispiel 12 beschrieben, der andere Substrattyp mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von mindestens 1 × 10–8 K–1 und höchstens 1 × 10–5 K–1, einer Wärmebeständigkeit von mindestens 1200°C, und einem Korrosionsschutz und mit halbisolierenden oder isolierenden Eigenschaften und Ähnliches entsprechend verwendet.
  • Beispiel 14
  • Das vorliegende Beispiel umfasst ein noch weiteres bestimmtes Beispiel des mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats der Ausführungsform 1 und der Ausführungsform 1A, bei dem ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat mit einer 0,1 μm dicken, elektrisch leitfähigen GaN Dünnschicht verbunden wird, die einen ersten kristallinen Bereich aus einem Einkristall und einen zweiten kristallinen Bereich, der aus einem Einkristall, dessen [0001]-Richtung bezüglich des ersten kristallinen Bereichs invertiert ist, gebildet ist, aufweist. Das mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat des vorliegenden Beispiels wird vorzugsweise als Substrat für einen Vertikaltransistor oder einer ähnlichen elektronischen Vorrichtung verwendet.
  • (1) Herstellen und Polieren des kristallinen Körpers aus GaN
  • Es wurde, ähnlich wie in Beispiel 11 beschrieben, ein freistehender, elektrisch leitfähiger kristalliner Körper aus GaN mit einem Durchmesser von zwei Zoll (50,8 mm) und einer Dicke von 10 mm erhalten, der einen ersten kristallinen Bereich aus einem Einkristall und einen zweiten kristallinen Bereich, der aus einem Einkristall, dessen [0001]-Richtung bezüglich des ersten kristallinen Bereichs invertiert ist, gebildet ist, umfasst und der eine Versetzungsdichte von mindestens 1 × 104 cm–2 und höchstens 1 × 108 cm–2, eine Trägerkonzentration von 4 × 1028 cm–3 und einen spezifischen Widerstand von 0,01 Ωcm aufweist. Danach wurde eine N-Oberfläche des kristallinen Bereichs aus GaN, ähnlich wie in Beispiel 3 beschrieben, poliert und wies somit eine spiegelnde Oberfläche auf.
  • (2) Wasserstoffionenimplantation in den kristallinen Körper aus GaN
  • Danach wurde ein Verfahren und Bedingungen ähnlich wie in Beispiel 11 angewandt, um Wasserstoffionen in den kristallinen Körper aus GaN an eine Position, die einer Ebene entspricht, die in einer Tiefe von 0,1 μm von der Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN angeordnet ist (d. h. die durch die N-Oberfläche angenäherte Oberfläche (d. h. die N-Oberfläche des ersten kristallinen Bereichs und die Ga-Oberfläche des zweiten kristallinen Bereichs)), zu implantieren.
  • (3) Verbinden des anderen Substrattyps mit dem kristallinen Körper aus GaN
  • Danach wurde ein Verfahren und Bedingungen ähnlich wie in Beispiel 11 angewandt, um die Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN (d. h. die durch die N-Oberfläche angenäherte Oberfläche (d. h. die N-Oberfläche des ersten kristallinen Bereichs und die Ga-Oberfläche des zweiten kristallinen Bereichs)) mit Cl2-Gas zur Erzielung einer glatten Oberfläche geätzt. Mit Bezug auf die 7(c) sollte beachtet werden, dass die N-Oberfläche 11n des ersten kristallinen Bereichs 11 schneller geätzt wird als die Ga-Oberfläche 12g des zweiten kristallinen Bereichs 12. Folglich entsteht an der N-Oberfläche 10n des kristallinen Körpers aus GaN 10 eine Vertiefung und eine Erhöhung von in etwa ein paar Dutzend nm, wie in der 7(c) gezeigt. Des Weiteren wurde ein Verfahren und Bedingungen ähnlich wie in Beispiel 11 angewandt, um den mit dem kristallinen Körper aus GaN zu verbindenden anderen Substrattyp zu ätzen. Als Substrat wurde ein Saphirsubstrat, ein AlN-Substrat, ein SiC-Substrat, ein ZnSe-Substrat, ein Si-Substrat, ein MgO-Substrat, ein ZnO-Substrat, ein ZnS-Substrat, ein Quarzsubstrat, ein Kohlenstoffsubstrat, ein Diamantsubstrat, ein Ga2O3-Substrat und ein ZrB2-Substrat verwendet, und die entsprechenden zu verbindenden Oberflächen der Substrate wurden mit Ar-Gas zur Erzielung glatter Oberflächen geätzt. Die Oberfläche des zu verbindenden kristallinen Körpers aus GaN wies eine maximale Oberflächenrauigkeit Rmax von 7 μm, eine durchschnittliche Oberflächenrauigkeit Ra von 0,7 nm und einen Winkel zur Achse von 0,4°, bezogen auf eine (0001)-Ebene auf.
  • Dann wurde der kristalline Körper aus GaN, ähnlich wie in Beispiel 11 beschrieben, mit jedem der zuvor erwähnten verschiedenen anderen Substrattypen verbunden. Da mit Bezug auf die 7(d) die zu verbindende Oberfläche des kristallinen Körpers aus GaN (d. h. die durch die N-Oberfläche angenäherte Oberfläche) eine Erhöhung und eine Vertiefung von in etwa ein paar Dutzend nm aufweist, entsteht eine in regelmäßigen Abständen angeordnete Aussparung zwischen dem kristallinen Körper aus GaN und dem anderen Substrattyp. Diese Aussparung vermindert wirksam eine Verspannung, die sich aus einem Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen einer GaN Dünnschicht und dem anderen Substrattyp ergibt, und die verursacht wird, indem eine Halbleiterschicht auf GaN-Basis auf der GaN Dünnschicht gewachsen wird.
  • (4) Teilen des kristallinen Körpers aus GaN
  • Danach wurden die kristallinen Körper aus GaN, ähnlich wie in Beispiel 11 beschrieben, mit den damit verbundenen zuvor erwähnten verschiedenen anderen Substrattypen einer Wärmebehandlung bei 400°C unterzogen, um eine mit Wasserstoffionen implantierte Ebene (eine Ebene, in die Wasserstoffionen unter Punkt (2) implantiert wurden) zu verspröden, um den kristallinen Körper aus GaN in dieser Ebene zu teilen. Somit wurden mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrate erhalten, die die zuvor erwähnten verschiedenen anderen Substrattypen und eine GaN Dünnschicht, die mit den anderen Substrattypen verbunden ist und eine Dicke von 0,1 μm aufweist, umfassen. Der kristalline Körper aus GaN, von dem die GaN Dünnschicht abgetrennt wurde, wird zur Herstellung eines späteren mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats verwendet.
  • Das zuvor erwähnte Verfahren kann wiederholt werden, um aus einem 10 mm dicken kristallinen Körper aus GaN 6000 mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrate einschließlich einer 0,1 μm dicken GaN Dünnschicht zu erhalten. Ein mit einer herkömmlichen Drahtsäge geschnittener 10 mm dicker kristalliner Körper aus GaN ergibt lediglich 10 300 μm dicke GaN-Substrate. In der vorliegenden Erfindung kann eine große Anzahl von mit einer GaN Dünnschicht verbundener Substraten aus einem kristallinen Körper aus GaN erhalten und somit zu erheblich geringeren Kosten hergestellt werden.
  • Für das mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat der vorliegenden Erfindung wird, wie in Beispiel 9 beschrieben, der andere Substrattyp mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von mindestens 1 × 10–8 K–1 und höchstens 1 × 10''5 K–1, einer Wärmebeständigkeit von mindestens 1200°C, Korrosionsschutz und ähnlichen Eigenschaften entsprechend verwendet.
  • Des Weiteren wird das mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat des vorliegenden Beispiels als ein Substrat für einen vertikalen Transistor oder einer ähnlichen elektronischen Vorrichtung verwendet. Folglich wird für die Bereitstellung einer vertikalen Transistorstruktur vorzugsweise der andere Substrattyp in der Form eines elektrisch leitfähigen Substrats, wie beispielsweise ein SiC-Substrat, ein Si-Substrat, ein Kohlenstoffsubstrat oder Ähnliches, verwendet.
  • Beispiel 15
  • Mit Bezug auf die 8 umfasst das vorliegende Beispiel ein bestimmtes Beispiel der ersten Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis der Ausführungsform 2, die für eine LED mit Elektroden auf einer Hauptoberfläche verwendet wird. In dem vorliegenden Beispiel umfasst die LED ein entsprechend dem Beispiel 11 hergestelltes Substrat, d. h. das mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat 1 umfassend ein isolierendes Saphirsubstrat (anderer Substrattyp 20) und die mit dem Saphirsubstrat verbundene 0,1 μm dicke GaN-Schicht 10a, und umfassend einen kristallinen Bereich aus einem Einkristall und einen zweiten kristallinen Bereich, der aus einem Einkristall gebildet ist, dessen [0001]-Richtung bezüglich des ersten kristallinen Bereichs invertiert ist.
  • (1) Herstellung einer LED
  • Mit Bezug auf die 8 wurde die LED des vorliegenden Beispiels mit dem folgenden Verfahren hergestellt: Insbesondere wurde auf dem mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrat 1, das ein Saphirsubstrat (anderer Substrattyp 20) und eine mit dem Saphirsubstrat verbundene GaN Dünnschicht 10a umfasst, mit einem MOCVD-Verfahren eine Halbleiterschicht auf GaN-Basis 30 auf die GaN Dünnschicht 10a gewachsen. Insbesondere wurde eine 5 μm dicke, n-Typ GaN-Schicht 31, eine über der Schicht 31 liegende 0,5 μm dicke, n-Typ Al0,05Ga0,95N-Schicht 32, eine über der Schicht 32 liegende 100 nm dicke lichtemittierende Schicht 33, die eine Multi-Quantum-Well(MQW)-Struktur aus 6 Paaren einer In0,15Ga0,85N-Schicht und einer In0,01Ga0,99N-Schicht umfasst, eine über der Schicht 33 liegende 20 nm dicke, p-Typ Al0,20Ga0,80N-Schicht 34, und eine über der Schicht 34 liegende 0,15 μm dicke, p-Typ GaN-Schicht 35 gewachsen. Das vorliegende, gemäß Beispiel 11 hergestellte, mit einer GaN-Schicht verbundene Substrat wies eine Aussparung zwischen dem anderen Substrattyp und der GaN Dünnschicht auf. Dies vermindert wirksam eine Verspannung, die sich aus einem Unterschied in den Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem anderen Substrattyp und der GaN Dünnschicht ergibt, und die verursacht wird, indem eine Halbleiterschicht auf GaN-Basis epitaktisch gewachsen wird, wobei keine Rissbildung in dem anderen Substrattyp, der GaN Dünnschicht und der Halbleiterschicht auf GaN-Basis festgestellt wurde.
  • Anschließend wurde ein Mesa-Ätzvorgang durchgeführt, um eine Teiloberfläche der n-Typ GaN-Schicht 31 freizulegen. Dann wurde ein Vakuumabscheideverfahren oder ein Elektronenstrahlabscheideverfahren verwendet, um p- und n-Seiten Elektroden 51 und 52 jeweils auf der p-Typ GaN-Schicht 35 und auf der n-Typ GaN-Schicht 31 mit der teilweisen freigelegten Oberfläche abzuscheiden.
  • Als ein Vergleichsbeispiel R15 wurde unter Verwendung eines Verfahrens und Bedingungen wie in Beispiel 15 eine LED erzeugt, mit der Ausnahme, dass die Halbleiterschicht auf GaN-Basis 30 direkt auf dem Saphirsubstrat (dem anderen Substrattyp 20) gewachsen wurde.
  • Ferner wurde als Beispiel 15A eine LED mit einem Verfahren und unter Bedingungen ähnlich wie in Beispiel 15 hergestellt, mit der Ausnahme, dass während des Wachsens der Halbleiterschicht auf GaN-Basis 30 die lichtemittierende Schicht 33 mit einer MQW-Struktur gebildet wurde, die aus 6 Paaren einer Al0,05Ga0,95N-Schicht und einer GaN-Schicht gebildet sind. Als ein Vergleichsbeispiel R15A wurde eine LED mit einem Verfahren und unter Bedingungen ähnlich wie in Beispiel 15A hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Halbleiterschicht auf GaN-Basis 30 direkt auf dem Saphirsubstrat (dem anderen Substrattyp 20) gewachsen wurde.
  • (2) Auswertung der LED-Eigenschaften
  • Es wurde die Emissionsintensität des Emissionsspektrums der LED sowohl für das Beispiel 15 als auch für das Vergleichsbeispiel R15 bei einer Peakwellenlänge von 450 nm unter Verwendung eines Elektrolumineszenzverfahrens gemessen. Die LED des Beispiels 15 wies, bezogen auf jene des Vergleichsbeispiels R15, eine Emissionsintensität von 1,2 auf. Des Weiteren wurde die Emissionsintensität des Emissionsspektrums der LED sowohl für das Beispiel 15A als auch für das Vergleichsbeispiel R15A bei einer Peakwellenlänge von 350 nm unter Verwendung eines Elektrolumineszenzverfahrens gemessen. Die LED des Beispiels 15A wies, bezogen auf jene des Vergleichsbeispiels R15A, eine Emissionsintensität von 10 auf. Somit zeigt sich, dass durch Verwenden des mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats eine LED mit hoher Emissionsintensität und somit verbesserten Eigenschaften kostengünstig herstellbar ist.
  • Beispiel 16
  • Mit Bezug auf die 9 umfasst das vorliegende Beispiel ein noch weiteres Beispiel der ersten Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis der Ausführungsform 2, die in einer LED mit Elektroden an jeweils gegenüberliegenden Seiten verwendet wird. In dem vorliegenden Beispiel umfasst die LED ein gemäß Beispiel 11 hergestelltes Substrat, d. h. ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat 1, umfassend ein elektrisch leitfähiges Si-Substrat (anderer Substrattyp 20) und eine mit dem Si-Substrat verbundene 0,1 μm dicke, elektrisch leitfähige GaN Dünnschicht 10a, und umfassend einen ersten kristallinen Bereich aus einem Einkristall und einen zweiten kristallinen Bereich, der aus einem Einkristall gebildet ist, dessen [0001]-Richtung bezüglich des ersten kristallinen Bereichs invertiert ist.
  • (1) Herstellung einer LED
  • Mit Bezug auf die 9 wurde die LED des vorliegenden Beispiels anhand des nachfolgenden Verfahrens hergestellt. Insbesondere wurde eine Halbleiterschicht auf GaN-Basis 30 auf der GaN Dünnschicht 10a des mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats 1, das ein Si-Substrat (anderer Substrattyp 20) und eine auf dem Si-Substrat aufgebrachte GaN Dünnschicht 10a umfasst, unter Verwendung eines MOCVD-Verfahrens gewachsen. Insbesondere wurde eine 2 μm dicke n-Typ GaN-Schicht 30, eine über der Schicht 31 liegende 0,5 μm dicke n-Typ Al0,05Ga0,95N-Schicht 32, eine über der Schicht 32 liegende 100 nm dicke lichtemittierende Schicht 33, die eine MQW-Struktur aus 6 Paaren einer In0,15Ga0,85N-Schicht und einer Al0,01Ga0,99N-Schicht aufweist, eine über der Schicht 33 liegende 20 nm dicke p-Typ Al0,20Ga0,80N-Schicht 34 und eine über der Schicht 34 liegende 0,15 μm dicke p-Typ GaN-Schicht 35 gewachsen. Das gemäß dem Beispiel 11 hergestellte mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat wies eine Aussparung zwischen dem anderen Substrattyp und der GaN Dünnschicht auf. Dies verhindert wirksam eine Verspannung, die sich aus einem Unterschied in den Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem anderen Substrattyp und der GaN Dünnschicht ergibt, und die verursacht wird, indem die Halbleiterschicht auf GaN-Basis epitaktisch gewachsen wird, wobei keine Rissbildung in dem anderen Substrattyp, der GaN Dünnschicht und der Halbleiterschicht auf GaN-Basis festgestellt wurde.
  • Dann wurde ein Vakuumabscheideverfahren oder ein Elektronenstrahlabscheideverfahren verwendet, um p- und n-Seiten Elektroden 51 und 52 jeweils auf der p-Typ GaN-Schicht 35 und dem Si-Substrat (dem anderen Substrattyp 20) abzuscheiden.
  • Die LED mit Elektroden an entsprechend gegenüberliegenden Hauptoberflächen des vorliegenden Beispiels gewährleistet eine elektrische Leitfähigkeit zwischen Hauptoberflächen und trägt somit zu einer verringerten Chipgröße bei.
  • Beispiel 17
  • Mit Bezug auf die 10 umfasst das vorliegende Beispiel ein bestimmtes Beispiel der zweiten Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis der Ausführungsform 3, die in einer LED mit Elektroden an entsprechenden gegenüberliegenden Seiten verwendet wird. Die Struktur der LED des vorliegenden Beispieles umfasst eine 0,1 μm dicke, elektrisch leitfähige GaN Dünnschicht 10a, und mindestens eine auf der GaN Dünnschicht 10a abgeschiedene Halbleiterschicht auf GaN-Basis 30, und ein strahlendes und elektrisch leitfähiges Substrat 40, das mit einer äußersten Schicht der Halbleiterschicht auf GaN-Basis 30 verbunden ist.
  • (1) Herstellung einer LED
  • Mit Bezug auf die 10 wurde die LED des vorliegenden Beispiels anhand des nachfolgenden Verfahrens hergestellt: insbesondere wurde zuerst mit Bezug auf die 10(a) eine Halbleiterschicht auf GaN-Basis 30 auf der GaN Dünnschicht 10a des gemäß Beispiel 11 hergestellten, mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats 1 unter Verwendung eines MOCVD-Verfahrens gewachsen, wobei das mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat ein isolierendes Saphirsubstrat (den anderen Substrattyp 20) und eine mit der Saphirsubstrat verbundene, 0,1 μm dicke GaN Dünnschicht 10a umfasst. Insbesondere wurde eine 2 μm dicke n-Typ-GaN-Schicht 31, eine über der Schicht 31 liegende 0,5 μm dicke n-Typ Al0,05Ga0,95N-Schicht 32, eine über der Schicht 32 liegende 100 nm dicke lichtemittierende Schicht 33, die eine MQW-Struktur aus 6 Paaren einer In0,15Ga0,85N-Schicht und einer Al0,01Ga0,99N-Schicht aufweist, eine über der Schicht 33 liegende 20 nm dicke p-Typ-Al0,20Ga0,80N-Schicht 34 und eine über der Schicht 34 liegende 0,15 μm dicke p-Typ GaN-Schicht 35 gewachsen. Das gemäß dem Beispiel 11 hergestellte, mit einer GaN Dünnschicht verbundene Substrat wies eine Aussparung zwischen dem anderen Substrattyp und der GaN Dünnschicht auf. Dies verringert wirksam eine Verspannung, die sich aus einem Unterschied in den Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem anderen Substrattyp und der GaN Dünnschicht ergibt, und die verursacht wird, indem die Halbleiterschicht auf GaN-Basis epitaktisch gewachsen wird, wobei keine Rissbildung in dem anderen Substrattyp, der GaN Dünnschicht und der Halbleiterschicht auf GaN-Basis festgestellt wurde. Danach wurde ein Vakuumabscheideverfahren verwendet, um eine p-Seiten Elektrode 51 auf der p-Typ GaN-Schicht 35 abzuscheiden.
  • Dann wurde mit Bezug auf die 10(b) eine strahlende und elektrisch leitfähige Platte 40 in Form einer Cu-Platte neben der äußersten Schicht (p-Typ GaN-Schicht 35) der Halbleiterschicht auf GaN-Basis 30 mit der dazwischen angeordneten p-Seiten Elektrode 51 unter Verwendung von Lot aus Au-Su aufgebracht.
  • Mit Bezug auf die 10(c) wurde dann ein Laserabtragungsverfahren verwendet, um das Saphirsubstrat (den anderen Substrattyp 20) von der GaN Dünnschicht 10a zu trennen. Dann wurde ein Elektronenstrahlabscheideverfahren angewandt, um die n-Seiten Elektrode 52 auf der GaN Dünnschicht abzuscheiden.
  • Als ein Vergleichsbeispiel R17 wurde eine LED anhand eines Verfahrens und unter Bedingungen ähnlich wie in Beispiel 17 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Halbleiterschicht auf GaN-Basis 30 direkt auf dem Saphirsubstrat (dem anderen Substrattyp 20) gewachsen wurde.
  • (2) Auswertung der LED-Eigenschaften
  • Die Emissionsintensität des Emissionsspektrums der LED sowohl des Beispiels 17 als auch des Vergleichsbeispiels R17 wurde bei einer Peakwellenlänge von 450 nm gemessen. Die LED des Beispiels 17 wies, bezogen auf jene des Vergleichsbeispiels R17, eine Emissionsintensität von 1,2 auf. Es zeigt sich, dass durch Verwenden des mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats eine LED mit hoher Emissionsintensität und somit verbesserten Eigenschaften kostengünstig herstellbar ist. Des Weiteren lässt sich aus der LED des Beispiels 17, durch Entfernen des Saphirsubstrats (des anderen Substrattyps 20), Licht effektiver auskoppeln. Des Weiteren gewährleistet die LED des Beispiels 17 mit Elektroden an jeweils gegenüberliegenden Hauptoberflächen die elektrische Leitfähigkeit zwischen den Hauptoberflächen und trägt somit zu einer verringerten Chipgröße bei.
  • Beispiel 18
  • Mit Bezug auf die 11 umfasst das vorliegende Beispiel ein noch weiteres bestimmtes Beispiel der ersten Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis der Ausführungsform 2 in Form eines HEMT. Der HEMT des vorliegenden Beispiels verwendet ein gemäß dem Beispiel 12 hergestelltes Substrat, d. h. ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat 1, umfassend ein isolierendes Saphirsubstrat (anderen Substrattyp 20) und eine mit der Saphirsubstrat verbundene 0,1 μm dicke halbisolierende GaN Dünnschicht 10a.
  • (1) Herstellung des HEMT
  • Mit Bezug auf die 11 wurde der HEMT des vorliegenden Beispiels anhand des nachfolgenden Verfahrens hergestellt: Insbesondere wurde eine Halbleiterschicht auf GaN-Basis 30 auf der GaN Dünnschicht 10a des mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats 1, das ein Saphirsubstrat (anderen Substrattyp 20) und eine auf dem Saphirsubstrat aufgebrachte GaN Dünnschicht 10a umfasst, unter Verwendung eines MOCVD-Verfahrens gewachsen. Insbesondere wurde eine 3 μm dicke i-Typ GaN-Schicht 36 und eine über der Schicht 36 liegende 30 nm dicke, i-Typ Al0,25Ga0,75N-Schicht 37 gewachsen. Danach wurde ein Fotolithografieschritt und ein Abtragungsschritt verwendet, um eine Sourceelektrode 53 und eine Drainelektrode 54 auf der i-Typ Al0,25Ga0,75N-Schicht 37 zu bilden. Die Sourceelektrode 53 und die Drainelektrode 54 wurden jeweils durch eine 50 nm dicke Ti-Schicht, eine 100 nm dicke Al-Schicht, eine 20 nm dicke Ti-Schicht und eine 200 nm dicke Au-Schicht gebildet, die schichtweise abgeschieden und einer Wärmebehandlung von 800°c für 30 Sekunden unterzogen wurden, wodurch sie legiert wurden. Ferner wurde ein ähnliches Verfahren verwendet, um auf einer i-Typ Al0,25Ga0,75N-Schicht 37 eine Gateelektrode 55 zu bilden, die durch eine 300 nm dicke Au-Schicht gebildet ist und eine Gatebreite von 2 μm und eine Gatelänge von 150 μm aufweist. Auf diese Weise wurde der HEMT hergestellt und seine Funktionsfähigkeit bestätigt.
  • Beispiel 19
  • Mit Bezug auf die 12 umfasst das vorliegende Beispiel ein noch weiteres bestimmtes Beispiel der ersten Halbleitervorrichtung auf GaN-Basis der Ausführungsform 2, die in einem vertikalen Transistor verwendet wird. Der vertikale Transistor der vorliegenden Erfindung verwendet ein gemäß dem Beispiel 14 hergestelltes Substrat, d. h. ein mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat 1, umfassend ein elektrisch leitfähiges Substrat (einen anderen Substrattyp 20) und eine mit dem elektrisch leitfähigen Substrat verbundene 0,1 μm dicke, elektrisch leitfähige GaN Dünnschicht 10a, und umfassend einen ersten kristallinen Bereich aus einem Einkristall und einen zweiten kristallinen Bereich, der aus einem Einkristall gebildet ist, dessen [0001]-Richtung bezüglich des ersten kristallinen Bereichs invertiert ist.
  • (1) Herstellung des vertikalen Transistors
  • Mit Bezug auf die 12 wurde der vertikale Transistor des vorliegenden Beispiels wie folgt hergestellt: Eine Halbleiterschicht auf GaN-Basis 30 in Form einer 10 μm dicken n-Typ GaN-Schicht 38 (Elektronendichte: 1 × 1018 cm–3) wurde auf der GaN Dünnschicht 10a des mit einer GaN Dünnschicht verbundenen Substrats 1, die ein elektrisch leitfähiges Si-Substrat (anderer Substrattyp 20) und eine mit dem Si-Substrat verbundene GaN Dünnschicht 10a umfasst, unter Verwendung eines MOCVD-Verfahrens gewachsen.
  • Danach wurde ein selektiver Ionenimplantationsschritt durchgeführt, um Mg-Ionen in einen Teilbereich der n–-Typ GaN-Schicht 38 zu implantieren, um eine p-Typ Schicht 38a zu bilden und um Si-Ionen in einen Teilbereich der p-Typ Schicht 38a zur Bildung einer n+-Typ-Schicht 38b zu implantieren. Danach wurde auf der n-Typ GaN-Schicht 38, der p-Typ-Schicht 38a und der n+-Typ-Schicht 38b eine Passivierungsschicht (nicht gezeigt) in Form einer 300 nm dicken SiO2-Schicht abgeschieden und danach wurde eine Wärmebehandlung bei 1250°C für 30 Sekunden durchgeführt, um die implantierten Ionen zu aktivieren.
  • Danach wurde die Passivierungsschicht unter Verwendung von Fluorwasserstoff entfernt und anschließend wurde auf der n-Typ GaN-Schicht 38, der p-Typ-Schicht 38a und der n+-Typ-Schicht 38b ein plasmaunterstütztes chemisches Dampfabscheideverfahren (p-CVD) durchgeführt, um eine Isolierschicht 60 in Form einer 50 nm dicken SiO2-Schicht abzuscheiden. Danach wurde ein Fotolithografieschritt und eine Behandlung mit gepufftem Fluorwasserstoff durchgeführt, um einen Teilbereich der Isolierschicht 60 selektiv zu ätzen, und es wurde eine Sourceelektrode 53 durch einen Abtragungsschritt gebildet. Die Sourceelektrode 53 wurde aus einer 50 nm dicken Ti-Schicht, einer 100 nm dicken Al-Schicht, einer 20 nm dicken Ti-Schicht und einer 200 nm dicken Au-Schicht gebildet, die schichtweise abgeschieden und einer Wärmebehandlung bei 800°C für 30 Sekunden unterzogen wurden, wodurch sie legiert wurden. Danach wurden ein Fotolithografieschritt und ein Abtragungsschritt durchgeführt, um auf der Isolierschicht 60 eine Gateelektrode 55 in Form einer 300 nm dicken Al-Schicht zu bilden, um eine Metall-Isolator-Halbleiter(MIS)-Struktur zu bilden. Danach wurde auf dem Si-Substrat (dem anderen Substrattyp 20) eine Drainelektrode 54 gebildet. Die Drainelektrode 54 wurde aus einer 50 nm dicken Ti-Schicht, einer 100 nm dicken Al-Schicht, einer 20 nm dicken Ti-Schicht und einer 200 nm dicken Au-Schicht gebildet, die schichtweise abgeschieden und einer Wärmebehandlung bei 800°C für 30 Sekunden unterzogen wurden, wodurch sie legiert wurden. Auf diese Weise wurde der vertikale Transistor hergestellt und seine Funktionsfähigkeit bestätigt.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben und dargestellt wurde, sollte verstanden werden, dass dieselbe lediglich der Veranschaulichung dient und beispielhaft ist und nicht als einschränkend verstanden werden soll, wobei der Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt ist.
  • 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 2004-512688 [0005]
    • JP 2005-252244 [0005]

Claims (5)

  1. Mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat umfassend ein sich in Hinblick auf Typ, chemischer Zusammensetzung von GaN unterscheidendes Substrat (20); und eine GaN Dünnschicht (10a), die eine Dicke von mindestens 0,1 μm und höchstens 100 μm aufweist und mit dem anderen Substrattyp (20) verbunden ist.
  2. Mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat nach Anspruch 1, wobei die GaN Dünnschicht (10a) eine Versetzungsdichte von höchstens 1 × 109 cm–2 aufweist.
  3. Mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat nach Anspruch 1, wobei die GaN Dünnschicht (10a) eine Trägerkonzentration von mindestens 1 × 1017 cm–3 aufweist.
  4. Mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat nach Anspruch 1, wobei die GaN Dünnschicht (10a) einen ersten kristallinen Bereich (11) aus einem Einkristall und einen zweiten kristallinen Bereich (12), der einen Bereich aus einem Einkristall, dessen [0001] Richtung bezüglich des ersten kristallinen Bereichs (11) invertiert ist, und/oder einen polykristallinen Bereich aufweist, umfasst.
  5. Mit einer GaN Dünnschicht verbundenes Substrat nach Anspruch 1, wobei der andere Substrattyp (20) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mindestens 1 × 10–8 K–1 und höchstens 1 × 10–5 K–1 aufweist.
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Citations (2)

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JP2004512688A (ja) 2000-10-17 2004-04-22 オスラム　オプト　セミコンダクターズ　ゲゼルシャフト　ミット　ベシュレンクテル　ハフツング ＧａＮベースの半導体デバイスを製造する方法
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