1. Gebiet der Erfindung:
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Die Erfindung betrifft ein Kristallzüchtungssubstrat, und insbesondere ein
Kristallzüchtungssubstrat, auf dem eine Halbleiterschicht aus einer chemischen
Verbindung eines GaN-Systems mit dem Element N und wenigstens einem der
Elemente Al, B, Ga und In epitaxisch aufgewachsen bzw. gezüchtet werden kann.
2. Hintergrund der Erfindung:
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Bei einem GaN-System-Kristall der III-V-Familie ist es möglich, dessen
Bandabstandsenergie in einem Bereich von 1,95 eV bis 6,2 eV in Abhängigkeit
dessen Zusammensetzung zu ändern. Damit kommt dem Kristall als
Lumineszenzmaterial besondere Bedeutung zu, da dieser fähig ist, Licht mit Wellenlängen über
einen weiten Bereich, von Grün bis Ultraviolett, zu emittieren.
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Insbesondere wurde hinsichtlich einer Lichtemissionsdiode LED viel geforscht, da
kürzlich eine LED mit starker Lumineszenz unter Verwendung eines
GaN-Materials realisiert wurde.
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Beim Aufwachsen eines GaN-Systems-Material wird als Substrat
gewöhnlicherweise ein Saphir-Kristall (α-Al&sub2;O&sub3;) verwendet. Jedoch besteht zwischen einem GaN-
Ksistall und dem Saphir-Kristall mit 16, 1% ein großer Gitterversatz. Des Weiteren
unterscheiden sich die thermischen Expansionskoeffizienten beider Kristalle
voneinander. Damit ist der Saphir-Kristall nicht notwendigerweise ein optimales
Substratmaterial. Der große Gitterversatz verursacht einen Anstieg der
Versetzungsdichte, ein Nicht-Strahlungszentrum in dem auf dem Substrat aufgewachsenen
GaN-Kristall und eine Verringerung der Strahlungsrekombinationsdauer. Damit
kann der Gitterversatz beträchtlichen Einfluss auf Charakteristika verschiedener
Elemente, wie insbesondere eine Laserdiode, die Strominjektionen hoher Energie
erfordert, usw., ausüben.
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Die Folge war, dass 6H-Sic-Substrate, Si-Substrate, GaAs-Substrate, ZnO-
Substrate, MgO-Substrate, MgAl&sub2;O&sub4;-Substrate und dergleichen als Substrate in
Erwägung gezogen wurden, um das Saphir-Substrat zu ersetzen. Jedoch weist
jedes der Substrate im Kristallzustand sowohl Vorteile als auch Nachteile auf, und
es wurde bis jetzt noch kein Substrat vorgeschlagen, das in besonderer Weise
dazu geeignet wäre, das Saphir-Substrat zu ersetzen.
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WO-A-9527815 (= EP-A-711 853) beschreibt ein Verfahren zum epitaxischen
Aufwachsen eines Galliumnitrid-Halbleiterkristalls auf einem einzelnen
Kristallsubstrat, wobei als Substratmaterial ein Perowskit seltener Erden der 3B-Gruppe
vorgeschlagen wird. Patent Abstracts of Japan, Vol 16. Nr. 93 (C-0917) 6/3/92
beschreibt das Aufwachsen eines Oxidhalbleiter-Dünnfilms auf der (001)-Seite bzw.
-Fläche eines YAlO&sub3; basierenden Einkristalls vom rhombischen Perowskit-Typ.
AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es, ein Kristallzüchtungssubstrat
zur Verfügung zu stellen, bei dem die oben erwähnten Nachteile, die beim Stand
der Technik auftreten, vermieden werden.
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Genauer besteht die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin, ein
Kristallzüchtungssubstrat bereitzustellen, auf dem epitaxisches Aufwachsen von
Materialien eines GaN-Systems, insbesondere GaN-Material mit sehr guter
Anpassungseigenschaft erzielt werden kann.
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Die Aufgabe wird durch ein Substrat gemäß den Merkmalen der Patentansprüche
1 und 2 gelöst. Das heißt, die Erfindung stellt ein Substrat aus
Yttrium·Aluminium·Perowskit (YAP) bereit, auf dem eine erste Schicht aus Material eines
GaN-Systems direkt ausgebildet wird.
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Durch das Kristallzüchtungssubstrat aus YAP ist es möglich, eine
Halbleiter-Zielschicht einer GaN-System-III-V-Familie epitaxisch aufzuwachsen, die eine gute
Übereinstimmung bzw. Anpassung bezüglich des Substrats aufweist. Damit weist
die auf dem Substrat aufgewachsene Halbleiterschicht eine hohe Qualität und nur
sehr wenige Kristalldefekte auf.
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Diese und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden in der folgenden
Beschreibung anhand einer beispielsweisen Ausführungsform mit Bezugnahme
auf die begleitenden Figuren näher erläutert. Dabei sind einander entsprechende
oder ähnliche Teile in den Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet. Es zeigen:
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Fig. 1 die Kristallstruktur von YAlO&sub3;;
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Fig. 2 eine Atomanordnung auf einer (111)A-Fläche des YAlO&sub3;-Kristalls;
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Fig. 3 eine Atomanordnung auf der (111)B-Fläche des YAlO&sub3;-Kristalls;
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Fig. 4 die Beziehung zwischen einer Band-Abstandsenergie und einer
Gitterkonstante jeweiliger Materialien;
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Fig. 5 ein Röntgenstrahl-Reflexionsspektrum eines GaN-Kristalls, der auf
der (111)-Fläche des YAlO&sub3;-Kristallsubstrats aufgewachsen wird;
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Fig. 6 ein PL-Spektrum des GaN-Kristalls, der auf der (111)-Fläche des
YAlO&sub3;-Kristallsubstrats aufgewachsen wird;
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Fig. 7 eine Atomanordnung auf einer (110)A-Fläche des YAlO&sub3;-Kristalls;
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Fig. 8 eine Atomanordnung auf der (110)B-Fläche des YAlO&sub3;-Kristalls;
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Fig. 9 eine Atomanordnung auf einer (001)A-Fläche des YAlO&sub3;-Kristalls;
und
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Fig. 10 eine Atomanordnung auf der (001)B-Fläche des YAlO&sub3;-Kristalls.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHURUNGSFORM
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In der folgenden Beschreibung wird ein erfindungsgemäßes
Kristallzüchtungssubstrat näher erläutert.
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Auf dem erfindungsgemäßen Substrat kann ein Halbleiter mit einer chemischen
Zusammensetzung einer III-V-Familie eines GaN-Systems epitaxisch aufgewachsen
werden. Das erfindungsgemäße Substrat ist insbesondere aus Yttrium
Aluminium Perowskit (YAP) hergestellt, d. h. ein Substrat aus einem YAlO&sub3;-Kristall mit
einer Perowskit-Typ-Struktur.
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Wenn der Halbleiter, der die chemische Zusammensetzung des GaN-Systems der
III-V-Familie aufweist, direkt und epitaxisch auf dem YAlO&sub3;-Kristallsubstrat der
Perowskit-Typ-Struktur aufgewachsen wird, weist der dadurch hergestellte
Halbleiter im Allgemeinen eine hexagonale Kristallstruktur auf, bei der die c-Achse
senkrecht zu dem Substrat ausgerichtet ist.
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Insbesondere wenn die aus dem oben beschriebenen GaN-System-Kristall
hergestellte Halbleiterschicht auf den (111)-, (110)-, (001)-Flächen des aus dem YAlO&sub3;-
Kristall mit der Perowskit-Typ-Struktur hergestellten Substrats aufgewachsen
wird, kann ein gutes epitaxisches Wachstum erzielt werden.
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Der YAlO&sub3;-Kristall ist einer aus Komposit-Oxiden, repräsentiert durch LnAlO&sub3;
(hier repräsentiert Ln ein Seltenerden-Element), und wird hergestellt durch
Kombinieren eines Seltenerden-Materials mit Aluminium bei einem Verhältnis von
ungefähr 1 : 1. Dieser Kristall weist die in Fig. 1 gezeigte
Perowskit-Typ-Kristallstruktur auf (orthorhombische Kristallstruktur mit den Gitterkonstanten a = 5,18
Å, b = 5,33 Å, c = 7,37 Å), und weist folgende Eigenschaften auf, die den Kristall
als Substrat eignen, um darauf einen Halbleiter mit einer chemischen
Zusammensetzung eines GaN-Systems einer III-V-Familie epitaxisch aufzuwachsen:
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1. Wie später beschrieben wird, ist die Gitterkonstante einer Kristallstruktur
einer bestimmten Kristallfläche ähnlich bzw. nahe der eines GaN-hexagonalen
Kristalls.
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2. Der thermische Ausdehnungskoeffizient (10 · 10&supmin;&sup6;/ºC) liegt nahe an einem
thermischen Expansionskoeffizient (5,6 · 10&supmin;&sup6;/ºC) des GaN-hexagonalen Kristalls.
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3. Wie später beschrieben wird, ist eine Kristallstruktur einer bestimmten
Kristallfläche ähnlich der eines GaN-hexagonalen Kristalls.
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4. Der Schmelzpunkt liegt bei 1875ºC, und ein Phasenübergang wird bei
Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes nicht beobachtet.
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Von besonderer Wichtigkeit ist, dass der YAlO&sub3;-Kristall die Kristallstruktur und
die Gitterübereinstimmungseigenschaft aufweist, die oben in den Punkten 1 und 3
beschrieben wurden.
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Das oben Gesagte wird im Hinblick auf die folgenden Gesichtspunkte näher
erläutert.
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[1] (111)-Fläche des YAlO&sub3;-Kristalls
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[2] (110)-Fläche des YAlO&sub3;-Kristalls
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[3] (001)-Fläche des YAlO&sub3;-Kristalls
[1] Forschung bezüglich des Kristallwachstums hinsichtlich der (111)-Fläche des
YAlO&sub3;-Kristalls:
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Die Analyse der Kristallstruktur unter Verwendung eines Computers zeigt, dass
der Kristall auf der (111)-Fläche die in Fig. 2 und 3 gezeigten Flächen aufweist.
Die Analyse der Kristallstruktur wurde durchgeführt auf Basis einer Raumgruppe
und gab Auskunft über Gitterkonstanten des Kristalls, wobei Kristallstörungen
nicht berücksichtigt wurden.
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Es wurde ermittelt, dass der Kristall auf der (111)-Fläche aus einer
Übereinanderschichtung von drei Arten von Flächen besteht, d. h. einer A-Fläche, in der, wie in
Fig. 2 gezeigt ist, jeweilige Y-, Al- und O-Atome in einer vermischten Art und
Weise vorhanden sind, einer B-Fläche, in der, wie in Fig. 3 gezeigt ist, nur O-Atome
vorhanden sind, und einer A'-Fläche, in der Y-Atome, Al-Atome und O-Atome auf
der A-Fläche so angeordnet bzw. verschoben sind, dass die Y-Atome mit den
meisten benachbarten O-Atomen überlappen, wobei die Reihenfolge ABA'BABA'BA ...
ist.
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Die A-Fläche wird im Folgenden näher untersucht. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, bilden
die Y-Atome und die Al-Atome auf der A-Fläche eine hexagonale Form bzw.
Gestalt, die in der Longitudinalrichtung in Fig. 2 verzerrt bzw. gestört ist. Die
Längenabschätzung der Seiten der hexagonalen Form ergab, wie in Fig. 2 angedeutet
ist, a&sub1; = 3,178 Å und a&sub2; = 3,716.
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Andererseits bilden Ga-Atome (oder N-Atome) eine hexagonale Gestalt auf einer
(0001)-Fläche des GaN-hexagonalen Kristalls. Jede der Seiten dieser hexagonalen
Gestalt weist die gleiche Länge a auf, d. h. a = 3,189 Å.
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Ein Vergleich zwischen dem YAlO&sub3;-Kristall und dem GaN-Kristall zeigte, dass
diese dieselbe hexagonale Gestalt aufweisen, und ihre Seitenlängen einander
ähnlich sind. Wenn die Y-Atome und die Al-Atome des YAlO&sub3;-Kristalls, die die
hexagonale Gestalt auf der (111)A-Fläche bilden, mit Ga-Atomen oder N-Atomen des GaN-
Kristalls auf der (0001)-Fläche kombiniert werden, wird eine Größe des
Gitterversatzes Δa zwischen dem YAlO&sub3;-Kristall und dem GaN-Kristall wie folgt definiert;
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Δa = [a(GaN) - a(Substrat)]/a(Substrat)
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(wobei a(GaN) die Gitterkonstante des GaN-Kristalls und a(Substrat) die
Gitterkonstante des Substrats ist).
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Berechnungen, die auf der oben gegebenen Definition basierten, ergaben folgende
Ergebnisse:
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Δa = 0,3% für eine Gitterkonstante a&sub1; auf der (111)-Fläche des YAlO&sub3;-
Kristalls.
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Δa = -14,2% für eine Gitterkonstante a&sub2; auf der (111)-Fläche des YAlO&sub3;-
Kristalls.
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Dieser Gitterversatz ist kleiner als der oben beschriebene Versatz zwischen dem
GaN-Kristall und dem Saphirsubstrat, d. h. 16,1%. Insbesondere zeigt der
Gitterversatz Δa für die Gitterkonstante a&sub1; auf der (111)-Fläche des YAlO&sub3;-Kristalls
einen verhältnismäßig kleinen Wert.
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Des Weiteren liegt der Gitterversatz Δa für die obige Gitterkonstante a&sub1; am
nächsten an der Gitterkonstante des GaN-Kristalls unter den Gitterkonstanten
verschiedener herkömmlicher Kristallzüchtungssubstrate, wie aus Fig. 4 deutlich
werden wird, auf die Bezug genommen wird, um die Gitterkonstanten verschiedener
herkömmlicher Kristallzüchtungssubstrate mit der Gitterkonstante des GaN-
Kristalls zu vergleichen.
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Damit wird die sich aus dem Gitterversatz zwischen Δa = 0,3% für eine
Gitterkonstante a1 auf der (111)-Fläche des YAlO&sub3;-Kristall bei der (111)-Fläche und dem
GaN-hexagonalen Kristall bei der (0001)-Fläche ergebende Gesamtenergie niedriger
als die der Kombination zwischen dem vorher erwähnten Saphirsubstrat und dem
GaN-Kristall. Damit wurde ermittelt, dass die Defektdichte, die von der aus dem
Gitterversatz resultierenden Energie verursacht wird, erniedrigt werden kann.
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Tatsächlich wurde die GaN-Kristallschicht auf der (111)-Fläche des YAlO&sub3;-Kristallsubstrats
durch ein MBE(Molekularstrahlepitaxie)-Verfahren aufgewachsen.
Beobachtungen mit einer RHEED (Reflexiv-Hochenergie-Elektron-Beugungsvorrichtung)
zeigten, dass ein streifenartiges Muster erzeugt wurde. Es wurde kein
Doppelkristall gefunden und zweidimensionales Wachstum wurde erhalten. Des Weiteren
wurde bestätigt, dass in diesem Fall eine Kristallzüchtungsoberfläche eine
Spiegeloberfläche war. Des Weiteren fällt die Ausrichtung des durch das RHEED-
Muster ermittelten Streifenmusters im Wesentlichen mit der Ausrichtung des
Streifenmusters des auf dem Saphirsubstrat aufgewachsenen GaN-Kristalls zusammen.
Damit wurde bestätigt, dass ein hexagonaler GaN-Einkristall auf der (0001)-Fläche
ausgebildet wurde. Demgemäß konnte aufgrund der oben erwähnten
Kristallstrukturanalyse ermittelt werden, dass die Kristallstruktur der (0001)-Fläche des GaN-
Kristalls der der (111)-Fläche des YAlO&sub3;-Kristalls sehr ähnlich ist, und damit
gefolgert werden, dass auf dem YAlO&sub3;-Kristallsubstrat ein GaN-Kristall mit einer
relativ guten Gitterübereinstimmung ausgebildet werden kann.
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Um Kristalleigenschaften des GaN-Kristalls zu beobachten, wurde GaN auf der
(111)-Fläche des oben beschriebenen YAlO&sub3;-Substrats aufgewachsen, und dessen
Röntgenstrahl-Reflexionsspektrum und PL(Fotolumineszenz)-Spektrum wurden
gemessen. Fig. 5 und 6 zeigen jeweils das Röntgenstrahl-Reflexionsspektrum und
das LP-Spektrum. Diesen Figuren kann entnommen werden, das die Spektren
relativ eng hinsichtlich einer Halbwertbreite sind, und der GaN-Kristall befriedigende
Kristalleigenschaften aufweist. Insbesondere war eine Bandenden-Lichtemission in
dem LP-Spektrum vorherrschend, ähnlich zu dem Fall, bei dem der GaN-Kristall
auf dem Saphirsubstrat ausgebildet wurde, und dessen Lichtemissions-Intensität
von einem niedrigen Level bzw. Niveau war schwach. Des Weiteren wurde
bestätigt, dass die Halbwertbreite davon enger als die des GaN-Kristalls auf dem
Saphirsubstrat war. Damit wurde bestätigt, das ein GaN-Kristall auf dem YAlO3-
Substrat mit einer hohen Qualität aufgewachsen bzw. gezüchtet werden kann.
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Der GaN-Kristall wurde auf der (111)-Fläche des YAlO&sub3;-Substrats durch das MBE-
Verfahren aufgewachsen. In diesem Fall wird das YAlO&sub3;-Substrat mit der (111)-
Fläche auf einen Hilfs- bzw. Unterstützungsblock aus Mo durch In gebonded, und
das durch den Block unterstützte Substrat wurde in eine MBE-Zuchtkammer
eingebracht. Dann wurde das Substrat bei einer Temperatur von 300ºC für ungefähr
fünf Minuten gehalten, um in dem Substrat und in dem Mo-Block enthaltenes
Wasser zu entfernen. Danach wurde Stickstoffgas in die Zuchtkammer eingeführt.
Das Stickstoffgas wurde mit einer Rate von 2 cc/min eingeführt und der Vakuumgrad
in der Zuchtkammer erreichte 1,33 · 10&supmin;² Pa (1 · 10&supmin;&sup4; Torr). Hier wurde eine
ECR(Elektronen-Cyclotron-Resonanz)-Plasmaerzeugungsvorrichtung benutzt, um
Stickstoff (N) in Plasma zu verwandeln. Die Energie der Mikrowelle zum Erzeugen
des Plasmas betrug ungefähr 40 W. Das Stickstoffplasma wurde auf das YAlO&sub3;-
Substrat aufgestrahlt, um die Temperatur des Substrats auf 850ºC aufzuheizen.
Die Bestrahlung mit Stickstoffplasma wurde ungefähr 30 Minuten lang
durchgeführt. Danach wurde ein Shutter einer Ga-Zelle als eine Molekularstrahlquelle,
deren Temperatur im Voraus erhöht wurde, geöffnet, um einen Ga-Strahl und das
Stickstoffplasma dem YAlO&sub3;-Substrat zur gleichen Zeit zuzuführen, und den GaN-
Kristall epitaxisch aufwachsen. Der Ga-Strahl betrug zu dieser Zeit 1,69 · 10&supmin;&sup5; Pa
(1,5 · 10&supmin;&sup7; Torr).
[2] Forschungen hinsichtlich des Kristallwachstums auf der (110)-Fläche des
YAlO&sub3;-Kristalls.
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Die Analyse der Kristallstruktur unter Verwendung eines Computers zeigte, dass
der Kristall von einer (110)-Fläche so ausgebildet wurde, dass dieser zwei Flächen
aufweist, wie in Fig. 7 und 8 gezeigt ist. Das heißt, es wurde eine
Übereinanderschichtung von zwei Arten von Flächen ausgebildet, d. h. eine A-Fläche, in der Al-
Atome und O-Atome in einer vermischten Art vorhanden sind, und eine B-Fläche,
in der Y-Atome und O-Atome in einer vermischten Art in der Reihenfolge ABABA ...
vorhanden sind. Untersuchungen auf der B-Fläche zeigten, dass die Y-Atome und
die O-Atome eine hexagonale Gestalt bilden. Diese hexagonale Gestalt ist auch in
ihrer longitudinalen Richtung in Fig. 7 und 8 verzerrt bzw. gestört. Schätzungen
bezüglich der Seiten der hexagonalen Gestalt ergaben, wie in Fig. 8 gezeigt ist,
folgende numerische Werte.
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a&sub1; = 2,616 Å
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a&sub2; = 3,699 Å
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Berechnungen bezüglich der Größe des Gitterversatzes zwischen der (110)-YAlO&sub3;-
Fläche und der (0001)-GaN-Fläche ergaben die folgenden numerischen Werte, die
auf der oben beschriebenen Gleichung basieren, die die Größe des Gitterversatzes
Δa definiert.
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Δa = 21,9% für die Gitterkonstante a&sub1; der (110)-YAlO&sub3;-Fläche.
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Δa = -13,8% für die Gitterkonstante a&sub2; der (110)-YAlO&sub3;-Fläche.
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Die Richtungen
der Gitterversätze der oben erwähnten Gitterkonstanten sind
einander entgegengesetzt, und deren Größen sind im Wesentlichen gleich. Wenn
deshalb Bezug genommen wird auf die Tatsache, dass die Größe des Gitterversatzes
des GaN-Kristalls auf dem Saphirsubstrat isotrop ist und Δa = 16,1% beträgt,
besteht die Möglichkeit, dass Verzerrungen bzw. Störungen des Substrats und der
GaN-Kristallfläche verringert werden können.
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Dann wurde ein GaN-Kristall auf der (110)-Fläche des YAlO&sub3;-Kristallsubstrats
durch das MBE-Verfahren aufgewachsen, ähnlich wie in der oben beschriebenen
Art, die für das epitaxische Aufwachsen des GaN-Kristalls auf der (111)-Fläche des
YAlO&sub3;-Kristalls verwendet wurde. Optische Beobachtungen zeigten, dass eine
Spiegeloberfläche gezüchtet wurde und Untersuchungen mit dessen RHEED
zeigten, dass ein streifenförmiges Muster erzeugt wurde. Obwohl ein Streifen auf der
(0001)-GaN-Fläche beobachtet wurde, gab es nur eine Art von Streifenfeld. Damit
wurde gefolgert, dass der GaN-Kristall epitaxisch aufgewachsen wurde, und die
(0001)-Fläche mit keinem Doppelkristall ausgebildet war. Da jedoch ein Punkt
innerhalb des Streifens beobachtet wurde, konnte gefolgert werden, dass das
Kristallwachstum dreidimensional erfolgte, und eher einige Unebenheiten aufwies,
als dass es zweidimensional und eben erfolgt wäre. Damit könnte es schwierig
sein, Kristalleigenschaften hoher Qualität wie die des auf der oben beschriebenen
(111)-YAlO&sub3;-Fläche aufgewachsenen GaN-Kristalls zu erzielen, aber es konnte
gefolgert werden, dass der GaN-Kristall zum Ausbilden der (0001)-Fläche auf der
(110)-YAlO&sub3;-Fläche epitaxisch aufgewachsen werden kann.
[3] Forschungen hinsichtlich des Kristallwachstums auf der (001)-Fläche des
YAlO&sub3;-Kristalls:
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Die Analyse der Kristallstruktur unter Verwendung eines Computers ergab, dass
der Kristall einer (001)-Fläche mit Flächen wie in Fig. 9 und 10 gezeigt ausgebildet
wurde. Das heißt, es wurde eine Übereinanderschichtung zweier Arten von
Flächen ausgebildet, d. h. eine A-Fläche, in der Al-Atome und O-Atome in einer
vermischten Art vorhanden waren, und eine B-Fläche; in der Y-Atome und O-
Atome in einer vermischten Art vorhanden waren, wobei die Reihenfolge ABABA ...
war. Untersuchungen hinsichtlich der A-Fläche zeigten, dass die O-Atome eine
hexagonale Gestalt ausbilden. Diese hexagonale Gestalt ist, wie in Fig. 9 und 10
gezeigt ist, verzerrt bzw. gestört. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, führen Schätzungen
hinsichtlich der Seiten der hexagonalen Gestalt zu den folgenden numerischen
Werten:
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a&sub1; = 2,59 Å
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a&sub2; = 3,66 Å
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Berechnungen hinsichtlich der Größe des Gitterversatzes zwischen der
(110)-YAlO&sub3;-Fläche und der (0001)-GaN-Fläche ergaben folgende numerische Werte, wobei
dazu die oben erwähnte Definitionsgleichung verwendet wurde:
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Δa = -12,9% für eine Gitterkonstante a&sub1; der (001)-YAlO&sub3;-Fläche.
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Δa = +23,1% für eine Gitterkonstante a&sub2; der (001)-YAlO&sub3;-Fläche.
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Die Richtungen der jeweiligen Gitterversätze sind einander entgegengesetzt,
ähnlich zu dem Fall, in dem der GaN-Kristall auf der (110)-YAlO&sub3;-Fläche ausgebildet
wurde. Damit kann die Verzerrung bzw. Störung der GaN-Kristallfläche verringert
werden, und, wie später beschrieben wird, besteht die Möglichkeit, dass der GaN-
Kristall epitaxisch aufgewachsen werden kann, um eine (0001)-Fläche auf der
(001)-YAlO&sub3;-Fläche zu bilden.
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Dann wurde ein GaN-Kristall auf der (001)-Fläche des YAlO&sub3;-Kristallsubstrats
durch das MBE-Verfahren aufgewachsen, ähnlich zu der oben beschriebenen Art,
die verwendet wurde, um den GaN-Kristall auf der (111)-YAlO&sub3;-Fläche epitaxisch
aufzuwachsen. Optische Beobachtungen ergaben, dass eine Spiegeloberfläche
erzielt wurde, und Nachforschungen mit dessen RHEED zeigten, dass ein
streifenförmiges Muster erzeugt wurde. Da ein Streifenfeld auf der (0001)-GaN-Fläche
beobachtet wurde, konnte gefolgert werden, dass der GaN-Kristall epitaxisch
aufgewachsen wurde, um die (0001)-Fläche zu bilden. Da jedoch ein Punkt innerhalb
eines Streifens beobachtet wurde, konnte gefolgert werden, dass das
Kristallwachstum dreidimensional erfolgte und eher Unebenheiten bzw. Rauhigkeiten aufweisen
sollte, als zweidimensional und eben zu wachsen, und ein Doppelkristall war
vorhanden. Demgemäß könnte es schwierig sein, Kristalleigenschaften hoher Güte zu
erzielen, die beim Aufwachsen des GaN-Kristalls auf der (111)-YAlO&sub3;-Fläche oder
der (110)-YAlO&sub3;-Fläche erzielt wurden. Jedoch besteht die Möglichkeit, dass der
GaN-Kristall aufgewachsen werden kann, um die (0001)-Fläche auch auf der
(001)YAlO&sub3;-Fläche epitaxisch auszubilden.
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Wie oben beschrieben, ist es aufgrund des erfindungsgemäßen
YAP-Kristallsubstrats möglich, Material eines GaN-Systems direkt auf dem Substrat epitaxisch
aufzuwachsen und dabei exzellente Kristalleigenschaften und eine geringe Versetzungsdichte
zu erzielen.
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In der Beschreibung beinhaltet jede der Kristallflächen (111), (110) und (001) eine
Fläche, die nach jeder Kristallfläche betitelt ist, innerhalb eines Bereichs, der im
Wesentlichen die gleichen Charakteristika der Kristallfläche behält.
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Des Weiteren kann das erfindungsgemäße YAP-Substrat mit Verunreinigungen
dotiert werden, um Leitfähigkeit zu erhalten.
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Wie oben beschrieben, kann, da das YAP-Kristallsubstrat als
Kristallzüchtungssubstrat verwendet wird, die Halbleiterschicht des GaN-Systems epitaxisch mit
hoher Qualität aufgewachsen werden.
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Gemäß der Erfindung kann, wie oben beschrieben, der Gitterversatz zwischen dem
Substrat und der GaN-Halbleiterschicht klein gehalten werden. Damit ist es
möglich, die in der GaN-Halbleiterschicht erzeugte Versetzungsdichte auf ein niedriges
Niveau zu drücken.
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Des Weiteren kann das erfindungsgemäße YAP-Substrat mit Verunreinigungen
dotiert werden, um Leitfähigkeit zu erhalten. Damit kann das Substrat als
Halbleitervorrichtungssubstrat in verschiedenen Anordnungen verwendet werden.
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Die Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel
beschränkt, und alle Änderungen und Modifikationen, die ein Fachmann
vornehmen könnte, sind als nicht abweichend von dem Schutzbereich der Erfindung zu
betrachten, der in den nachfolgenden Ansprüchen definiert wird.