DE69431333T2

DE69431333T2 - GaN-Einkristall

Info

Publication number: DE69431333T2
Application number: DE69431333T
Authority: DE
Inventors: Kazumasa Hiramatsu; Hiroaki Okagawa; Kazuyuki Tadatomo; Shinichi Watabe
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1993-10-08
Filing date: 1994-10-06
Publication date: 2003-07-31
Anticipated expiration: 2014-10-07
Also published as: EP0647730B1; DE69431333D1; EP0647730A3; US5770887A; EP0647730A2; US5810925A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen GaN-Einkristall mit einer ausreichenden Dicke und einer überlegenen Qualität, dessen Herstellung und ein lichtemittierendes Halbleiterelement, das den GaN-Einkristall als Kristallsubstrat umfasst. Der GaN-Einkristall kann gut als GaN-Einkristallsubstrat für ein lichtemittierendes Halbleiterelement dienen, das einen lichtemittierenden Teil umfasst, der aus einem Polyverbindungs-Halbleiter besteht, der insbesondere GaN als eine seiner Komponenten aufweist.
In der folgenden Beschreibung wird das Kristallsubstrat einfach als Substrat bezeichnet. Darüber hinaus werden Verbindungshalbleiter, die GaN als eine ihrer Komponenten aufweisen, wie ein binärer GaN-Mischkristall, Poly-Mischkristalle wie GaAlN, GaBN, InGaAlN und InGaIBN als Verbindungshalbleiter der GaN- Gruppe bezeichnet.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Motiviert durch einen Bedarf an lichtemittierenden Mehrfarbendisplays und eine verbesserte Datendichte in der Kommunikation und bei Aufzeichnungen besteht ein starker Wunsch nach einem lichtemittierenden Halbleiterelement, das dazu fähig ist. Licht mit einer kürzeren Wellenlänge emittiert, die von der Wellenlänge blauen Lichts bis zur ultravioletten Wellenlänge reicht.
GaN zieht eine hohe Aufmerksamkeit als Halbleitermaterial zur Verwendung als das lichtemittierende Halbleiterelement auf sich. Die Bandstruktur von GaN vom direkten Übergangstyp ermöglicht eine hochwirksame Emission von Licht.
Darüber hinaus emittiert GaN aufgrund einer großen Energielücke bei Raumtemperatur von 3,4 eV Licht mit einer kürzeren Wellenlänge, die von der Wellenlänge blauen Lichts bis zur ultravioletten Wellenlänge reicht, wodurch es für die oben erwähnten Halbleiterbauelemente brauchbar wird.
Andererseits benötigt GaN eine hohe Kristallwachstumstemperatur (eine Temperatur, bei der ein Kristallwachstum erfolgen kann), wobei der Gleichgewichts- Dampfdruck von Stickstoff bei dieser Temperatur hoch ist. Der hohe Druck erschwert die Herstellung eines voluminösen Einkristalls guter Qualität aus einer geschmolzenen GaN-Lösung außerordentlich. Folglich ist ein GaN-Einkristall auf einem Saphirsubstrat oder einem SiC-Substrat mit überlegener Wärmebeständigkeit mittels MOVPE (metallorganische Dampfphasenepitaxie) oder MBE (Molekularstrahl-Epitaxie) heteroepitaxial gebildet worden.
In den vergangenen Jahren ist jedoch über ein Verfahren berichtet worden (siehe Applied physics letter, Band 61 (1992), S. 2688), bei dem ZnO als Pufferschicht auf einem Saphirsubstrat gebildet wird und ein GaN-Einkristall auf der ZnO- Pufferschicht gebildet wird. Dieses Verfahren ist im Vergleich zum direkten Kristallwachstum auf einem Saphirsubstrat zur Verbesserung der Qualität der GaN-Einkristallschicht zweckdienlich.
Beim oben erwähnten herkömmlichen Verfahren, bei dem ZnO als Pufferschicht verwendet wird, kann jedoch keine Einkristall-ZnO-Pufferschicht mit guter Qualität erzeugt werden/weil ZnO durch Sputtern auf einem Saphirsubstrat ausgebildet wird. Die schlechte Qualität der ZnO-Einkristall-Pufferschicht beeinflusst die Qualität der darauf zu bildenden GaN-Einkristallschicht, was zu einer mangelhaften Kristallstruktur und dem Vorhandensein von Verunreinigungen in der erhaltenen GaN-Einkristallschicht führt, wodurch der Erhalt einer GaN- Einkristallschicht mit überlegener Qualität nicht möglich ist.
Andererseits offenbart EP-A-0 483 688 ein lichtemittierendes Halbleiter-Bauelement, das ein dreischichtiges Struktursubstrat umfasst, das aus Saphir (1), einer AlN-Pufferschicht und einer Oberflächenschicht aus GaN-Einkristall (3) besteht. Auf dem Substrat ist eine GaN-Schicht (4) abgeschieden, die eine gute Übereinstimmung des Gitters mit dem GaN-Einkristall (3) aufweist, und darauf wird ein GaN-Kristall (5) gezogen.
Sogar der herkömmlicherweise bekannte GaN-Einkristall höchster Qualität weist eine Vollbreite am Halbmaximum der Doppelkristall-Röhtgen-Schwingkurve von etwa 100 s und eine Mobilität bei Raumtemperatur von 600 cm²/VS auf. Aufgrund des zum Ziehen einer Kristallschicht angewandten MOVPE wird die Schicht jedoch nur in einer Dicke von etwa maximal 5 um erhalten, und die Trennung des GaN-Einkristalls vom Substrat, auf dem er gebildet wurde, sowie dessen Verwendung zum Beispiel als Substrat für ein lichtemittierendes Halbleiterelement sind schwierig. Aus diesem Grund werden GaN-Einkristalle zusammen mit den Substraten, auf denen sie gebildet wurden, verwendet.
In der folgenden Beschreibung wird die Vollbreite am Halbmaximum der Doppelkristall-Röntgen-Schwingkurve als Vollbreite am Halbmaximum bezeichnet, weil sie gemäß der Verwendung hier immer den Wert der Doppelkristall- Röntgen-Schwingkurve bezeichnet. Die Vollbreite am Halbmaximum wird als FWHM abgekürzt. Folglich bedeutet FWHM die Vollbreite am Halbmaximum der Doppelkristall-Röntgen-Schwingkurve.
Der auf einer ZnO-Pufferschicht mittels HVPE (Hydrid-Dampfphasenepitaxie) gebildete, oben erwähnte GaN-Einkristall weist eine für ein Substrat geeignete Dicke auf, während seine Qualität schlecht ist, wie aus seiner FWHM hervorgeht, die nicht kleiner als 300 s ist.
In anderen Worten hat ein GaN-Einkristall sowohl mit einer guten Qualität als auch einer ausreichenden Dicke nie existiert.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Folglich besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines GaN-Einkristalls mit einer überlegenen Qualität und einer Dicke, die ausreichend ist, um seine Verwendung als Substrat zu ermöglichen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Verfügbarmachung eines Verfahrens zur Herstellung des GaN-Einkristalls mit einer überlegenen Qualität und einer Dicke, die ausreichend ist, um seine Verwendung als Substrat zu ermöglichen.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Verfügbarmachung eines lichtemittierenden Halbleiterelements mit einer hohen Leuchtdichte und einer hohen Zuverlässigkeit, das als Substrat den GaN-Einkristall mit einer überlegenen Qualität und einer Dicke, die ausreichend ist, um seine Verwendung als Substrat zu ermöglichen, umfasst.
Der GaN-Einkristall der vorliegenden Erfindung hat eine hohe Qualität bis zu dem Ausmaß, dass seine FWHM 5-250 s beträgt, und weist eine Dicke (nicht weniger als 80 um) auf, die ausreichend ist, um seine Verwendung als Substrat zu ermöglichen.
Der oben erwähnte GaN-Einkristall mit einer überlegenen Qualität und einer ausreichenden Dicke kann durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. Insbesondere wird ein Material mit einer guten Gitterübereinstimmung mit dem GaN-Einkristall auf einem ersten Substrat mit einem GaN- Einkristall wenigstens auf seiner Oberfläche gezogen; unter Verwendung der ersten Schicht als Pufferschicht wird ein GaN-Kristall darauf gezogen, wodurch eine GaN-Einkristallschicht mit höherer Qualität erhalten wird; unter Verwendung der gebildeten GaN-Einkristallschicht als neues Substrat wird eine Pufferschicht darauf gezogen, und eine GaN-Einkristallschicht wird auf der Pufferschicht gebildet. Kurzgefasst ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung ein alternati ves epitaxiales Wachstum der Pufferschicht und der GaN-Einkristallschicht, wobei das repititive Wachstum eine hohe Qualität des GaN-Einkristalls bewirkt.
Der so erhaltene GaN-Einkristall weist eine gute Qualität auf und kann nach Bedarf eine Dicke von nicht weniger als 80 um aufweisen, wodurch er auf geeignete Weise als Substrat für ein lichtemittierendes Halbleiterelement verwendbar wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Schritte zur Herstellung eines GaN-Einkristalls durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt schematisch eine dreischichtige Substratstruktur.
Fig. 3 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Struktur eines lichtemittierenden Elements, wobei der GaN-Einkristall der vorliegenden Erfindung als Substrat verwendet wird.
Fig. 4 zeigt Schematisch eine andere Ausführungsform der Struktur eines lichtemittierenden Elements, wobei der GaN-Einkristall der vorliegenden Erfindung als Substrat verwendet wird.
Fig. 5 zeigt schematisch noch eine andere Ausführungsform der Struktur eines lichtemittierenden Elements, wobei der GaN-Einkristall der vorliegenden Erfindung als Substrat verwendet wird.
Fig. 6 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Struktur eines herkömmlichen lichtemittierenden Elements, wobei ein Saphirkristall als Substrat verwendet wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Der GaN-Einkristall der vorliegenden Erfindung weist eine Vollbreite am Halbmaximum der Doppelkristall-Röntgen-Schwingkurve von 5-250 s und eine Dicke von nicht weniger als 80 um auf. Folglich ist die Qualität des Einkristalls der vorliegenden Erfindung überlegen, und er ist dick genug, um als Substrat verwendet zu werden, wobei diese Eigenschaften zusammen bisher nie von herkömmlichen GaN-Einkristallen erreicht wurden.
Ein solcher GaN-Einkristall kann zum Beispiel mittels des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erzeugt werden, das nachfolgend beschrieben wird.
Das Verfahren zur Herstellung des GaN-Einkristalls der vorliegenden Erfindung ist am einfachsten in Schritt 1 in Fig. 1 dargestellt.
Das heißt, dass ein Substrat mit einem GaN-Einkristall auf wenigstens einer seiner Flächen als erstes Substrat P&sub0; verwendet wird. Auf dem ersten Substrat P&sub0; wird ein Material abgeschieden, das eine gute Übereinstimmung des Gitters mit dem GaN-Einkristall aufweist, wodurch eine Pufferschicht B&sub1; erhalten wird. Dann wird ein GaN-Einkristall P&sub1; auf der Pufferschicht B&sub1; gebildet.
Dieser GaN-Einkristall P&sub1; ist das Herstellungsziel. Der GaN-Einkristall weist im Vergleich zum GaN-Einkristall auf dem ersten Substrat P&sub0; eine verbesserte Kristallqualität auf.
Auch das Verfahren zur Herstellung des GaN-Einkristalls der vorliegenden Erfindung ist in Schritt 2 von Fig. 1 dargestellt.
In diesem Schritt wird das in Schritt 1 erhaltene Laminat (P&sub0; + B&sub1; + P&sub1;) als neues Substrat verwendet, auf dem ein Material mit einer guten Gitterübereinstimmung mit dem GaN-Einkristall gezogen wird, wodurch eine Pufferschicht B&sub2; erhalten wird. Auf der Pufferschicht B&sub2; wird ein GaN-Einkristall P&sub2; gezogen. Der die Bildung einer Pufferschicht auf dem im vorherigen Schritt als Substrat erhaltenen GaN- Einkristall und das Ziehen eines GaN-Einkristalls umfassende Schritt ist ein Zyklus der Repetiereinheit in der vorliegenden Erfindung.
Dann, wobei Schritt 1 als erster Zyklus des Kristallwachstums gezählt wird, wird der Repetierschritt n Mal durchgeführt, wodurch ein Laminat mit einem GaN-, Einkristall Pn auf der obersten Schicht erhalten wird. Die bis dahin im erhaltenen Laminat erhaltenen Pufferschichten werden entfernt, wodurch mehrere GaN- Einkristalle P&sub1; bis Pn erhalten werden.
Bei diesem Verfahren ist die Qualität des GaN-Kristalls umso höher, je größer die Zahl der Wiederholungen ist. Die Qualität des Kristalls erreicht an einem bestimmten Punkt jedoch einen Gleichgewichtszustand. Nachdem die Kristallqualität den Gleichgewichtszustand erreicht hat, ist die anschließende Wiederholung des Zyklus zur Erzeugung einer großen Zahl GaN-Einkristallsubstrate statt zur Verbesserung der Kristallqualität brauchbar.
Weiterhin ist das Verfahren zur Herstellung des GaN-Einkristalls der vorliegenden Erfindung in Schritt 3 von Fig. 1 dargestellt.
In diesem Schritt wird die Pufferschicht B&sub1; von Schritt 1 entfernt, wodurch der GaN-Einkristall P&sub1; getrennt wird. Unter Verwendung von P&sub1; als neuem Substrat wird ein Material mit einer guten Gitterübereinstimmung mit einem GaN-Einkristall gezogen, wodurch eine Pufferschicht B&sub2; erhalten wird. Ein GaN-Einkristall P&sub2; wird auf der Pufferschicht B&sub2; gebildet, und die Pufferschicht B&sub2; wird entfernt, um den GaN-Einkristall P&sub2; abzutrennen. Gemäß der Beschreibung umfasst ein Zyklus der Repetiereinheit die Bildung einer Pufferschicht auf dem im vorherigen Schritt als Substrat erhaltenen GaN-Einkristall, das Ziehen eines GaN-Einkristalls darauf und das Entfernen der Pufferschicht, um den so erhaltenen GaN-Einkristall abzutrennen. Somit können n GaN-Einkristalle P&sub1; bis Pn erhalten werden, indem die oben erwähnte Repetiereinheit n Mal wiederholt wird, wobei Schritt 1 als erster Zyklus des Kristallwachstums gezählt wird.
Alternativ umfasst die vorliegende Methode die Entfernung der Pufferschicht, auf der ein neuer GaN-Einkristall gezogen worden ist, am Ende eines jeden Zyklus und das Abtrennen des neu geformten GaN-Einkristads in eine unabhängige Schicht. Die Qualitätsverbesserung in diesem Schritt entspricht derjenigen im obigen Schritt 2. Darüber hinaus können die beiden GaN-Einkristalle, die durch das Entfernen der Pufferschicht in jedem Zyklus der Repetiereinheit erhalten werden, als Materialien für andere Produkte oder als Substrate für das nächste Ziehen eines GaN-Kristalls verwendet werden.
Bei Bedarf kann auch eine Kombination der Schritte 2 und 3 verwendet werden. Das heißt, dass die Pufferschichten bei Wiederholungen der Repetiereinheiten für die gewünschte Anzahl k alle gleichzeitig entfernt werden. Die optionale Zahl k kann nach Bedarf ausgewählt werden.
Die Gesamtzahl Zyklen von Repetiereinheiten des zuvor erwähnten Kristallwachstums ist keiner besonderen Einschränkung unterzogen und kann nach der gewünschten Qualität des GaN-Einkristalls oder der Zahl der benötigten GaN- Einkristalle ausgewählt werden. Zur Verwendung als Substrat für herkömmliche Halbleiterbauelemente muss der zuvor erwähnte Zyklus 2 bis 5 Mal wiederholt werden.
Zur Bildung einer Pufferschicht auf einem Substrat werden bekannte Verfahren wie das Sputtern und CVD oder verschiedene Epitaxieverfahren eingesetzt. Sputtern ist dahingehend bevorzugt, dass Schichten leicht gebildet werden. Ein epitaxiales Wachstum ermöglichendes Verfahren ist zur Verbesserung der Qualität des erhaltenen GaN-Einkristalls besonders bevorzugt.
Hinsichtlich der Verbesserung der Qualität des Kristalls besteht ein Verfahren zum Ziehen eines GaN-Einkristalls auf einer Pufferschicht vorzugsweise darin, ein epitaxiales Wachstum zu ermöglichen.
Beispiele für das Verfahren, das ein epitaxiales Wachstum der Materialien zur Bildung eines GaN-Einkristalls und einer Pufferschicht ermöglicht, umfassen VPE (Dampfphasen-Epitaxie), HVPE, MOVPE, MBE, GS-MBE (Gasquellen-MBE) und CBE (Molekularstrahl-Epitaxie).
Wenn eine Pufferschicht und ein GaN-Einkristall darauf durch dasselbe Epitaxiewachstumsverfahren gebildet werden, kann ein anschließendes, in situ erfolgendes Wachstum von der Pufferschicht zum GaN-Einkristall einfach dadurch bewerkstelligt werden, dass das zugeführte Material gewechselt wird.
Während die Pufferschicht durch jedes Verfahren entfernt werden kann, das zur Abtrennung des erhaltenen GaN-Einkristalls in der Lage ist, ist ein chemisches Entfernen mit einer Säure etc. wirksam.
Das erste Substrat P&sub0; verfügt zumindest auf seiner Oberfläche über einen GaN- Einkristall. Das Substrat kann in seiner Gesamtheit im Wesentlichen nur aus GaN bestehen, oder es kann GaN-Einkristall nur auf seiner Oberfläche aufweisen.
Wenn letzeres verwendet wird, weist das Material, das das Substrat zum Ziehen des GaN-Einkristalls auf der Oberfläche werden soll, vorzugsweise eine überlegene Wärmebeständigkeit (1000-1100ºC) auf und wird durch ein Saphir-Kristallsubstrat, ein Si-Substrat, Bergkristall, ein ZnO-Substrat und ein SiC-Substrat veranschaulicht.
Von den Substraten, die gemäß der obigen Beschreibung einen GaN-Einkristall nur auf der Oberfläche aufweisen, sind die folgenden als erstes Substrat P&sub0; mehr bevorzugt.
Das wünschenswerte Substrat hat eine dreischichtige Struktur, die Saphirkristall als Substrat 1, eine darauf ausgebildete Pufferschicht 2 aus GajAl1-jN (wobei 0 ≤ j ≤ 1), und eine auf der Pufferschicht zu bildende Oberflächenschicht 3 aus GaN- Einkristall. Das dreischichtige Substrat dient vorzugsweise als erstes Substrat P&sub0;, wobei seine Oberfläche ein GaN-Einkristall überlegener Qualität ist. Die im Journal of Applied Physics, Band 71 (1992), S. 5543, und im Japanese Journal of Applied Physics Band 30 (1992), S. 1620, beschriebene Technik kann auf die Herstellung des dreischichtigen Substrats angewandt werden.
Das Zusammensetzungsverhältnis j in GajAl1-jN der Pufferschicht 2 ist hinsichtlich des GaN-Einkristalls nicht auf eine spezielle Zahl eingeschränkt und kann in Abhängigkeit von den Herstellungsbedingungen wie der Wachstumstemperatur, dem Wachstumsdruck und der Zufuhrgeschwindigkeit des Ausgangsmaterials variieren.
Obwohl die Dicke der Pufferschicht 2 nicht eingeschränkt ist, beträgt sie vorzugsweise 5,0 nm (50 Å) bis 100,0 nm (1000 Å), wobei die Kristallinität des GaN- Einkristalls zum Wachsen auf der Pufferschicht bei dieser Dicke am wünschenswertesten ist.
Die Dicke der Oberflächenschicht 3 des GaN-Einkristalls beträgt vorzugsweise nicht weniger als 0,3 um, wobei diese Dicke als erstes Substrat P&sub0; am wünschenswertesten ist.
Die auf dem Saphirkristallsubstrat 1 zu bildende GajAl1-jN-Pufferschicht 2 und die auf der Pufferschicht 2 zu bildende GaN-Einkristallschicht 3 werden vorzugsweise durch das oben beschriebene epitaxiale Wachstum, gebildet.
Das Material für die zur Herstellung des GaN-Einkristalls der vorliegenden Erfindung zu verwendende Pufferschicht ist vorzugsweise ein Material mit einer Gitterkonstante, die gut mit derjenigen des GaN-Einkristalls übereinstimmt. Insbesondere hat ein bevorzugtes Material eine Kristallstruktur des Wurtzit-Typs und eine Gitterkonstant der a-Achse des Kristallgitters, die vorzugsweise innerhalb von ±10%, noch mehr bevorzugt innerhalb von ±5% mit der Gitterkonstante des GaN-Einkristalls übereinstimmt.
Beispiele für ein solches Material sind Verbindungen, die durch die Verwendung eines oder mehrerer Bestandteile der Oxide von Elementen der Gruppe 2 und der Gruppe 12 erhalten werden. Beispiele für die Oxide von Elementen der Gruppe 2 und der Gruppe 12 umfassen BeO, MgO, CaO, ZnO, SrO, CdO, BaO und HgO.
Von den Oxiden von Elementen der Gruppe 2 und der Gruppe 12 sind die noch mehr bevorzugten Materialien für die Pufferschicht HgO, BeO und ZnO, die - wie der GaN-Einkristall - eine Kristallstruktur vom Wurtzit-Typ aufweisen.
Insbesondere hat ZnO eine Gitterkonstante der a-Achse von 0,32496 nm (3,2946 Å), was +1,9% in Bezug auf 0,3189 nm (3,189 Å) der Gitterkonstante der a-Achse von GaN darstellt, damit dieser sehr ähnlich ist und ein gutes Kristallwachstum von GaN verspricht.
Darüber hinaus ermöglicht ZnO eine gute Entfernbarkeit durch Ätzen mit einer Säure und ist als Material für eine Pufferschicht geeignet.
In der vorliegenden Erfindung ist darüber hinaus eine Verbindung der folgenden Formel (I) aus BeO, ZnO und HgO ein geeignetes Material für eine Pufferschicht zur Bildung eines GaN-Einkristalls darauf.
(BeO)x(ZnO)y(HgO)1-x-y (I),
wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und 0 ≤ x + y ≤ 1.
Von den Verbindungen der Formel (I) ist (BeO)x(ZnO)1-x als Pufferschicht zum Ziehen eines GaN-Einkristalls darauf besonders geeignet.
Die Zusammensetzungsverhältnisse x und y in der obigen Formel sind so ausgewählt, dass die Gitterkonstante des durch die obige Formel (I) bezeichneten Materials unter verschiedenen Herstellungsbedingungen der Gitterkonstante des GaN-Einkristalls ähnlich oder gleich dieser ist.
In der vorliegenden Erfindung sind darüber hinaus Oxide von Elementen der Gruppe 2 und der Gruppe 12, die vom oben erwähnten BeO, ZnO und HgO verschieden sind, wie MgO, CaO, SrO und CdO, als Material für die Pufferschicht brauchbar.
Obwohl die Kristallstruktur dieser Verbindungen nicht vom Wurtzit-Typ, sondern vom Zinkblende-Typ ist, kann die Gesamt-Kristallstruktur als Wurtzit-Typ beibehalten werden, wenn diese Verbindungen in kleiner Menge zu einer Verbindung der Formel (I), die vom Wurtzit-Typ ist, gegeben werden, und die erhaltene Verbindung kann als bevorzugtes Material für die Pufferschicht verwendet werden. Folglich werden ein oder mehrere der Oxide MgO, CaO, SrO, CdO und BaO zu einer Verbindung der Formel (I) als zentrales Skelett in einer Menge gegeben, in der die Kristallstruktur vom Wurtzit-Typ beibehalten wird, oder dazu gegeben, um die Verbindung unter Erhalt einer Materialverbindung für die Pufferschicht zu ersetzen.
Beispiele für solche Materialverbindungen umfassen (MgO)k(BeO)m(ZnO)n(HgO)1-k-m-n (MgO)k(BeO)m(ZnO)1-k-n und (MgO)k(ZnO)1-k. Insbesondere (MgO)k(ZnO)1-k ist ein wünschenswertes Material für die Pufferschicht zur Bildung des GaN-Einkristalls.
Die Zusammensetzungsverhältnisse k, m und n in den obigen Formeln sind so ausgewählt, dass die Gitterkonstante der Verbindung unter verschiedenen Herstellungsbedingungen derjenigen des GaN-Einkristalls ähnlich ist oder dieser gleicht, wie bei der Verbindung der Formel (I) der Fall ist.
Die Dicke der Pufferschicht beträgt im allgemeinen 0,01 um bis 2 um, vorzugsweise 0,02-2 um und am meisten bevorzugt 0,02-1,5 um. In diesem Dickenbereich wird die Kristallinität des gewünschten, auf der Pufferschicht gebildeten Einkristalls fein.
Wie oben beschrieben wurde, verbessert das Verfahren zur Herstellung des GaN- Einkristalls der vorliegenden Erfindung die Qualität des GaN-Einkristalls bei jeder Wiederholung des Kristallwachstumszyklus.
Viele im GaN-Einkristallsubstrat vorhandene Versetzungen und Defekte können an der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der Pufferschicht innerhalb der Pufferschicht an der Grenzfläche zwischen der Pufferschicht und dem GaN- Einkristall und innerhalb des GaN-Einkristalls vermindert werden. Es wird davon ausgegangen, dass eine Vielzahl Wiederholungen des Zyklus die Qualität des GaN-Einkristalls allmählich auf ein Niveau bringt, das von den Wachstumsbedingungen etc. abhängt.
Die Qualität des GaN-Einkristalls kann noch mehr verbessert werden, indem das erste Substrat und das Material der Pufferschicht gemäß der obigen Angaben ausgewählt werden.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ergibt einen Einkristall mit einer überlegenen Qualität und einer Kristallstruktur, die eine FWHM von 5-250 s aufweist, bei dem Versetzungen und Defekte, die üblicherweise während des Wachstums auftreten, vermindert sind und wobei ein Kristall mit überlegener Qualität und ausreichender Dicke in Abwesenheit von Versetzungen selbst dann erhalten wird, wenn das Kristallwachstum für einen längeren Zeitraum erfolgt.
Die Qualität des GaN-Einkristalls der vorliegenden Erfindung wird mittels des Wertes der Vollbreite am Halbmaximum, erhalten durch Röntgenbeugung, numerisch ausgedrückt. Die Röntgenbeugung basiert auf der Beugung von Röntgenstrahlen, mit denen der Kristall bestrahlt wird. In der vorliegenden Erfindung erfolgte die Messung zur Verbesserung der Messgenauigkeit unter Verwendung eines Doppelkristalls.
Die Röntgenbeugung unter Verwendung eines Doppelkristall ermöglicht die präzise Auswertung der Gitterkonstante eines Probenkristalls und die Auswertung der Vollständigkeit des Kristalls unter Bezugnahme auf die Halbwertsbreite. Zur Auswertung der Qualität des GaN-Einkristalls der vorliegenden Erfindung wurde der aus einer Röntgenquelle austretende Röntgenstrahl durch den ersten Kristall hochgradig monochromatisiert und dann damit der GaN-Einkristall (zweiter Kristall) einer Probe bestrahlt, wonach die Vollbreite am Halbmaximum etwa des Spitzenpeaks der von der Probe gebeugten Röntgenstrahlung gemessen wurde.
Als Röntgenquelle wurde Cu kα&sub1; verwendet, und die Röntgenstrahlung, wurde bei 30 kV und 10 mA erzeugt. Zur Monochromatisierung wurde Ge (400) als der erste Kristall verwendet. Die Messung erfolgte hinsichtlich des Beugungspeaks von GaN (0002) bei einem Messungs-Stufenintervall von 0,002.
Ein GaN-Einkristall wurde mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt, und die Qualität des Einkristalls wurde bestimmt, wobei die Ergebnisse hiernach aufgeführt sind.

Experimentelles Beispiel 1

Als erstes, in der Herstellung des GaN-Einkristalls der vorliegenden Erfindung zu verwendendes Substrat P&sub0; wurde ein Substrat verwendet, bei dem ein GaN- Einkristall mittels MOVPE auf einem Saphirkristall epitaxial gezogen worden war. Die Pufferschicht hatte eine Dicke von 0,2 um und bestand aus ZnO. Der Kristallwachstumszyklus würde 5 Mal wiederholt. Die Dicke der in jedem Kristallwachstumszyklus gebildeten GaN-Einkristalle P&sub1; bis P&sub5; betrug 300 um. Zur Wiederholung des Kristallwachstumszyklus wurden eine Pufferschicht und ein GaN-Einkristall nacheinander auf dem ersten Substrat P&sub0; gezogen, wodurch ein Laminat erhalten wurde, und alle Pufferschichten wurden auf einmal entfernt, um die GaN-Einkristalle P&sub1; bis P&sub5; zu trennen, wie in Schritt 2 von Fig. 1 dargestellt ist.
Der zuletzt erhaltene GaN-Einkristall P&sub5; hatte eine FWHM von 29 s. Die Dicke des GaN-Einkristalls betrug 305 um.

Experimentelles Beispiel 2

GaN-Einkristalle wurden auf dieselbe Weise wie im experimentellen Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, dass die zuvor gebildete Pufferschicht bei jedem epitaxialem Wachstum eines GaN-Einkristalls entfernt wurde und der erhaltene GaN-Einkristall als neues Substrat für den nächsten Zyklus verwendet wurde, wie in Schritt 3 in Fig. 1 dargestellt ist, statt den Kristallwachstums-Zyklus wie in Schritt 2 zu wiederholen.
Der erhaltene GaN-Einkristall P&sub5; wies eine FWHM von 28 s auf. Die Dicke des GaN-Einkristalls betrug 289 um.

Experimentelles Beispiel 3

GaN-Einkristalle wurden auf dieselbe Weise wie im experimentellen Beispiel 2 hergestellt mit der Ausnahme, dass ein Substrat mit einer dreischichtigen, aus einem Saphirsubstrat, einer AlN- (d. h., dass das Zusammensetzungsverhältnis x in GaxAl1-xN 0 betrug) Pufferschicht und einem GaN-Einkristall bestehenden Struktur als erstes Substrat verwendet wurde.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird die Herstellung des dreischichtigen Substrats nachfolgend kurz erläutert. Als Pufferschicht 2 wurde AlN (d. h., dass das Zusammensetzungsverhältnis x in GaxAl1-xN 0 betrug) bis zur Dicke von 50,0 nm (500 Å) auf einem Saphirkristallsubstrat 1 (Dicke 300 um, 5 cm · 5 cm) mittels MOVPE epitaxial gezogen; nur das Materialgas wurde geändert, und ein GaN- Einkristall wurde mittels desselben MOVPE bis zur Dicke von 2 um epitaxial gezogen, wodurch eine Oberflächenschicht 3 erhalten wurde, wodurch ein dreischichtiges Substrat aus dem Saphirkristailsubstrat 1, der AlN-Pufferschicht 2 und der GaN-Einkristall-Oberflächenschicht 3 mit einer Dicke von etwa 302 um hergestellt wurde.
Der erhaltene GaN-Einkristall P&sub5; wies eine FWHM von 25 s auf. Die Dicke des GaN-Einkristalls betrug 295 um.

Experimentelles Beispiel 4

GaN-Einkristalle wurden auf dieselbe Weise wie im experimentellen Beispiel 2 hergestellt mit der Ausnahme, dass ein dreischichtiges Substrat, wie es im experimentellen Beispiel 3 eingesetzt wurde, als erstes Substrat P&sub0; verwendet wurde und (BeO)0,13(ZnO)0,87 als Material für die Pufferschicht in jedem Kristallwachstums-Zyklus des GaN-Einkristalls verwendet wurde.
Der erhaltene GaN-Einkristall P&sub5; wies eine FWHM von 28 s auf. Die Dicke des GaN-Einkristalls betrug 301 um.

Experimentelles Beispiel 5

Mit dem Ziel, die Qualität eines herkömmlichen GaN-Einkristalls zu untersuchen, wurde eine 0,6 um dicke Pufferschicht aus ZnO auf einem Saphirkristallsubstrat (Dicke 300 um, 5 cm · 5 cm) durch Sputtern gebildet, und ein GaN-Einkristall wurde darauf in einer Dicke von 250 um mittels HVPE gezogen.
Der erhaltene GaN-Einkristall P&sub5; wies eine FWHM von 420 s auf.
Aus den oben erwähnten experimentellen Ergebnissen geht hervor, dass das Verfahren zur Herstellung des GaN-Einkristalls der vorliegenden Erfindung die Herstellung eines GaN-Einkristalls mit einer überlegenen Qualität ermöglicht, die durch herkömmliche Verfahren noch nie erhalten werden konnte.
Die Qualität des GaN-Einkristalls kann durch die Verwendung des oben erwähnten dreischichtigen Substrats als erstes Substrat und die wie oben erfolgende Auswahl des Materials für die Pufferschicht noch mehr verbessert werden.
Ein vorteilhafter Effekt der vorliegenden Erfindung besteht auch darin, dass ein GaN-Einkristall mit einer Dicke, die zur Verwendung als Substrat ausreichend ist, erhalten werden kann.
Der dicke GaN-Einkristall mit überlegener Qualität, der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, kann auf geeignete Weise für lichtemittierende Halbleiterelemente wie eine Leuchtdiode (LED), eine Laserdiode (LD) und eine Superlumineszenzdiode und elektronische Bauelemente verwendet werden. In den elektronischen Bauelementen ermöglicht die Verwendung des GaN-Einkristalls der vorliegenden Erfindung als Substrat die Herstellung einer LED und einer LD mit derselben Elektrodenstruktur wie in der herkömmlichen roten LED. Diejenigen, die blaues Licht emittieren, sind besonders wichtig. Darüber hinaus ist die Wirksamkeit der Lichtemission von lichtemittierenden Halbleiterelementen durch die Verwendung des GaN-Einkristalls der vorliegenden Erfindung vorteilhaft hoch.
Beispiele für das lichtemittierende Halbleiterelement, bei dem der GaN-Einkristall der vorliegenden Erfindung als Substrat verwendet wird, sind nachfolgend aufgeführt.
Fig. 3 veranschaulicht schematisch die Struktur einer LED eines typischen lichtemittierenden Halbleiterelements. Wie in der Figur dargestellt ist, umfasst die LED ein Laminat A (4, 5, 6), das den durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten GaN-Einkristall (n-Typ) als Substrat 4 und eine Halbleiterschicht 5 (n-Typ) und eine Halbleiterschicht 6 (p-Typ) einschließt, wobei es sich bei beiden um GaN-Gruppen-Verbindungshalbleiter handelt, die darauf ausgebildet sind, und Elektroden 8 und 7, die auf die äußersten Schichten 6 und 4 des Laminats A gesetzt sind.
Durch die Verwendung eines solchen GaN-Einkristalls überlegener Qualität als Substrat kann zwischen einem sich gegenüberliegenden Elektrodenpaar ein lichtemittierendes Element gebildet werden, das zu einer hocheffizienten Lichtemission mit größerer Zuverlässigkeit in der Lage ist.
Ein lichtemittierendes Element wird unter Verwendung eines herkömmlichen Einkristalls vom GaN-Typ gemäß der in Fig. 6 aufgeführten Darstellung auf einem Saphirsubstrat S ausgebildet. Elektroden können jedoch nicht auf dem Substrat gebildet werden, weil es sich beim Saphirsubstrat um einen isolierenden Körper handelt. Aus diesem Grund werden die Plus- und die Minuselektrode 7c und 8 auf der Oberseite der den lichtemittierenden Teil darstellenden Oberseite der Schicht so gebildet, dass beide Elektroden dem Saphirsubstrat S gegenüberliegen. Eine solche Struktur stellt insofern Probleme dar, dass die LED während der Herstellung und der Montage nicht wie herkömmliche LED konstruiert und gehandhabt werden kann und die lichtemittierende Fläche klein ist. Darüber hinaus sind die Kristallqualität und die lichtemittierende Wirksamkeit eines herkömmlichen, auf einem Saphirsubstrat gebildeten GaN-Einkristalls aufgrund einer beträchtlich falschen Übereinstimmung der Gitterkonstanten von Saphir und GaN unzureichend.
Die leitfähigen Typen p und n der Halbleiterschichten 4, 5 und 6 in Fig. 3 können verschieden sein. Die Kombination der Komponenten des den lichtemittierenden Teil bildenden GaN-Gruppen-Verbindungshalbleiters kann insofern beliebig sein, als sie den p-n-Übergang ermöglicht und beim Anlegen eines Vorwärtsstroms Licht emittiert. Zum Beispiel werden GaN, das homoepitaxial auf GaN-Einkristallsubstraten gezogen wird, und GaN-Gruppen-Verbindungshalbleiter der Formel In1-r(Ga1-tAlt)rN (wobei t und r 0-1 sind), die heteroepitaxial auf GaN-Einkristallsubstraten gezogen werden, vorzugsweise verwendet.
In Fig. 3 weist der lichtemittierende Teil einen einfachen, zweischichtigen p-n- Übergang auf. Beim Übergang des lichtemittierenden Teils kann es sich um einen Homo-Übergang handeln, an dem dieselben Materialien miteinander verbunden sind/oder um einen Hetero-Übergang, bei dem verschiedene Materialien verbunden sind. Weiterhin ist die Übergangsstruktur des lichtemittierenden Teils nicht auf einen zweischichtigen Übergang beschränkt, sondern es kann sich um einem mehrschichtigen Übergang wie einen Doppelhetero-Übergang, einen Einfach-Quantentopf, einen Mehrfach-Quantentopf etc. handeln.
Mit einer solchen Übergangsstruktur des lichtemittierenden Teils werden verschiedene lichtemittierende Halbleiterelemente wie LED und LD erhalten.
Die auf einem Substrat auszubildenden Elektrode kann wie das in Fig. 3 dargestellte 7a sein, die auf der äußersten Fläche des Substrats ausgebildet ist, oder um das in Fig. 5 dargestellte 7b, die auf der Substratseite ausgebildet ist.
LED wurden unter Verwendung des durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erhaltenen GaN-Einkristalls hergestellt, und ihre Qualität wurde untersucht.
Die LED wies eine Struktur mit einem Doppelhetero-Übergang auf, wobei eine n-AlGN-Überzugsschicht 5, eine undotierte aktive InGaN-Schicht 9 und eine p- AlGaN-Überzugsschicht 6 nacheinander auf einem GaN-Einkristallsubstrat 4 gezogen wurden, das durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erhalten wurde (siehe Fig. 4). Das Substrat wies eine FWHM von 30 s, 100 s oder 250 s auf. Die Dicke betrug jeweils 280 um. Das Zusammensetzungsverhältnis des InGaN der aktiven Schicht betrug In0,15Ga0,85N oder In0,25Ga0,75N. Es wurde ein lichtemittierendes, hinsichtlich InGaN das jeweilige Zusammensetzungsverhältnis aufweisendes Element hergestellt und einem Experiment unterzogen.
Daneben wurden LED hergestellt, die einen herkömmlichen GaN-Einkristall oder einen Saphirkristall als Substrat umfassten, und mit den LED, bei denen der GaN-Einkristall der vorliegenden Erfindung als Substrat verwendet wurde, hinsichtlich der Qualität verglichen. Die FWHM des herkömmlichen GaN-Einkristalls betrug 300 s.
Die LED wurden hinsichtlich der anfänglichen Leuchtdichte und Lebensdauer ausgewertet. Die Lebensdauer wurde gemäß drei Stufen der prozentualen Abnahme der Leuchtdichte ausgewertet (A: prozentuale Abnahme von weniger als 2%; B: prozentuale Abnahme von 2 bis weniger als 5%; C: prozentuale Abnahme von 5 bis 10%), berechnet in relativen Anteilen der Leuchtdichte nach 2000 h kontinuierlicher Lichtemission durch Anlegen eines Stroms von 20 mA bei 85ºC in 85% Feuchtigkeit, in Bezug auf die anfängliche Leuchtdichte. Die Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen 1 und 2 dargestellt. Tabelle 1 Leuchtdichte und Lebensdauer von LED mit einer aktiven Schicht aus In0,15Ga0,85N Tabelle 2 Leuchtdichte und Lebensdauer von LED mit einer aktiven Schicht aus In0,25Ga0,75N
Wie aus den Tabellen 1 und 2 hervorgeht, waren die LED, bei denen der GaN- Einkristall mit überlegener Qualität der vorliegenden Erfindung als Substrat verwendet wurde, den herkömmlichen LED hinsichtlich der anfänglichen Leuchtstärke und der Lebensdauer gewöhnlich überlegen.
Hinsichtlich der LD wurde folgendes Phänomen bestätigt.
Bei einer herkömmlichen LD, bei der ein Saphirkristall als Substrat verwendet wird, bildet die Substratoberfläche keinen wünschenswerten Spiegelzustand, weil ein Saphirkristall kaum die leichte Bildung einer Spaltungsebene ermöglicht. Folglich wird die Oberfläche des auf dem Substrat zu bildenden GaN-Gruppen- Verbindungshalbleiters durch den Oberflächenzustand des Substrats beeinflusst, so dass eine wünschenswerte reflektierende Oberfläche für eine LD nicht gebildet werden kann. Im Gegensatz dazu hat der GaN-Einkristall der vorliegenden Erfindung eine hohe Qualität und eine ausreichende Dicke, was die geeignete Bildung einer Spaltungsebene auf dem GaN-Einkristallsubstrat ermöglicht.
Eine LD, bei der ein herkömmlicher GaN-Gruppen-Verbindungshalbleiter verwendet wurde, versagte bei der stimulierten Emission durch Strominjektion aufgrund einer unterlegenen Kristallqualität. Dann wurde ein Streifenlaser aus einem Fabry-Perrot-Resonator unter Verwendung des GaN-Einkristalls der vorliegenden Erfindung als Substrat konstruiert und dem Experiment unterzogen. Als Folge erfolgte die stimulierte Emission bei Raumtemperatur.

Claims

1. GaN-Einkristall mit einer Vollbreite am Halbmaximum der Doppelkristall- Röntgen-Schwingkurve von 5-250 s und einer Dicke von nicht weniger als 80 um.

2. GaN-Einkristall von Anspruch 1, hergestellt durch die Schritte des Züchtens eines Materials, das eine gute Übereinstimmung des Gitters mit demjenigen eines GaN-Einkristalls aufweist, auf einem Substrat, das wenigstens auf seiner Oberfläche einen GaN-Einkristall aufweist, wodurch eine Pufferschicht erhalten wird, das Züchten eines GaN-Kristalls darauf, wodurch ein GaN-Einkristall erhalten wird, wobei es sich bei den obigen Schritten um einen Kristallzüchtungs-Zyklus handelt, und des wenigstens einmaligen Wiederholens des Kristallzüchtungs-Zyklus auf dem durch den ersten Kristallzüchtungs-Zyklus erhaltenen GaN-Einkristall.

3. Verfahren zur Herstellung eines GaN-Einkristalls nach Anspruch 1, umfassend das Züchten eines Materials, das eine gute Übereinstimmung des Gitters mit demjenigen eines GaN-Einkristalls aufweist, auf einem Substrat, das wenigstens auf seiner Oberfläche einen GaN-Einkristall aufweist, wodurch eine Pufferschicht erhalten wird, und das Züchten eines GaN- Kristalls darauf.

4. Verfahren nach Anspruch 3, umfassend das Züchten eines Materials, das eine gute Übereinstimmung des Gitters mit demjenigen eines GaN- Einkristalls aufweist, auf einem Substrat, das wenigstens auf seiner Oberfläche einen GaN-Einkristall aufweist, wodurch eine Pufferschicht erhalten wird, das Züchten eines GaN-Kristalls darauf, wodurch ein GaN- Einkristall erhalten wird, wobei es sich bei den obigen Schritten um einen Zyklus des Kristallzüchtens handelt, das wenigstens einmaligen Wiederholen des Kristallzüchtungs-Zyklus auf dem durch den ersten Kristallzüchtungs-Zyklus erhaltenen GaN-Einkristall, wodurch ein aus der Pufferschicht und dem GaN-Einkristall bestehendes Laminat erhalten wird, und das Entfernen der jeweiligen Pufferschichten.

5. Verfahren nach Anspruch 3, umfassend das Züchten eines Materials, das eine gute Übereinstimmung des Gitters mit demjenigen eines GaN- Einkristalls aufweist, auf einem Substrat, das wenigstens auf seiner Oberfläche einen GaN-Einkristall aufweist, wodurch eine Pufferschicht erhalten wird, das Züchten eines GaN-Kristalls darauf, wodurch ein GaN- Einkristall erhalten wird, wobei es sich bei den obigen Schritten um einen Kristallzüchtungs-Zyklus handelt, das wenigstens einmaligen Wiederholen des Kristallzüchtungs-Zyklus auf dem durch den ersten Kristallzüchtungs- Zyklus erhaltenen GaN-Einkristall, und das Entfernen der jeweiligen Pufferschicht nach jedem Kristallzüchtungs-Zyklus.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, umfassend die Verwendung eines dreischichtigen Struktursubstrats, das aus einem Saphir-Kristallsubstrat, einer darauf ausgebildeten Pufferschicht aus GaJAl1-jN (wobei 0 ≤ j ≤ 1), und einer auf der Pufferschicht auszubildenden Oberflächenschicht aus GaN-Einkristall besteht, als erstes Substrat.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei es sich bei dem Material für die Pufferschicht um eine Verbindung handelt, die wenigstens ein aus Oxiden von Elementen der 2. Gruppe und der 12. Gruppe ausgewähltes Element umfasst.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei es sich bei den Oxiden von Elementen der 2. Gruppe und der 12. Gruppe um BeO, MgO, CaO, ZnO, SrO, CdO, BaO und HgO handelt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Verbindung durch die Formel

(BeO)x(ZnO)y(HgO)1-x-y

dargestellt wird, wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und 0 ≤ x + y ≤ 1, und ein Zusammensetzungsverhältnis aufweist, das eine Gitterkonstante an der a-Achse des Kristallgitters aufweist, die innerhalb von ±10% mit der Gitterkonstante eines GaN-Einkristalls übereinstimmt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Verbindung zu einer aus MgO, CaO, SrO, CdO und BaO ausgewählten Verbindung zugegeben oder dadurch wenigstens in dem Maß ersetzt wird, in dem eine Wurtzit-Struktur davon beibehalten werden kann, deren Gitterkonstante der a-Achse des Kristallgitters innerhalb von ±10% mit der Gitterkonstante eines GaN-Einkristalls übereinstimmt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei der GaN-Einkristall eine Vollbreite am Halbmaximum der Doppelkristall-Röntgen-Schwingkurve von 5-250 s und eine Dicke von nicht weniger als 80 um aufweist.

12. Lichtemittierendes Halbleiterelement, umfassend einen GaN-Einkristall mit einer Dicke von wenigstens 80 um und einer Vollbreite am Halbmaximum der Doppelkristall-Röntgen-Schwingkurve von 5-250 s als Substrat, mehrere einen lichtemittierenden Teil umfassenden Halbleiterschichten einer Verbindung der GaN-Gruppe, die unter Bildung eines Laminats darauf laminiert sind, und Elektroden, die auf die jeweiligen äußersten Schichten des Laminats gesetzt sind.

13. Lichtemittierendes Halbleiterelement nach Anspruch 12, wobei der GaN- Einkristall erhalten wird, indem ein Material, das eine gute Übereinstimmung des Gitters mit demjenigen eines GaN-Einkristalls aufweist, auf einem Substrat, das wenigstens auf seiner Oberfläche einen GaN-Ein kristall aufweist, gezüchtet wird, wodurch eine Pufferschicht erhalten wird, das Züchten eines GaN-Kristalls darauf, wodurch ein GaN-Einkristall erhalten wird, wobei es sich bei den obigen Schritten um einen Kristallzüchtungs-Zyklus handelt, und des wenigstens einmaligen Wiederholens des Kristallzüchtungs-Zyklus auf dem durch den ersten Kristallzüchtungs-Zyklus erhaltenen GaN-Einkristall.

14. Lichtemittierendes Halbleiterelement nach Anspruch 12, wobei der lichtemittierende Teil einen p-n-Übergang aufweist, der aus einem Homoübergang, einem Einfachhetero-Übergang, einem Doppelhetero-Übergang, einer einfachen Quantentopf-Struktur und einer mehrfachen Quantentopfstruktur ausgewählt ist.