JP5351309B2 - エピタキシャルベース及びエピタキシャル構造体の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、エピタキシャルベース及びエピタキシャル構造体の製造方法に関するものである。
近年、例えばＬＥＤに用いる窒化ガリウムなどのエピタキシャル構造体、更に、ヘテロエピタキシャル構造体は、半導体デバイスの主要な材料として注目されている。
現在、窒化ガリウム（ＧａＮ）をサファイア基板の上に結晶成長させるための方法が広く採られているが、両者の格子定数及び熱膨張係数（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）は大きく違うこと等があるので、エピタキシャル成長した窒化ガリウム層に多く欠陥が生成される問題が存在する。且つ、サファイア基板とエピタキシャル成長した窒化ガリウム層の間に大きな応力が存在するので、窒化ガリウム層が破壊され易い。これを解決するために従来の技術では、窒化ガリウム（ＧａＮ）を非平坦な成長表面を有するサファイア基板上に結晶成長させる（特許文献１を参照）。前記サファイア基板の非平坦な成長表面は、サファイア基板の結晶成長のための成長表面にフォトエッチング（ｐｈｏｔｏｅｔｃｈｉｎｇ）微細加工方法によって、複数の溝を製造することにより形成されるものである。
特開２０１０−１１４１１２号公報
Ｋａｉｌｉ Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ Ｆａｎ、"Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｙａｒｎｓ"、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１
しかし、前記フォトエッチング微細加工方法は、製造プロセスなどの制限により、フォトエッチング微細加工がナノサイズの精細加工に達することができないので、非平坦な成長表面を有するサファイア基板上に結晶成長されたエピタキシャル構造体にはまだ多くの欠陥が生成される問題が存在する。これは、エピタキシャル構造体の品質に影響を与える。
従って、前記課題を解決するために、本発明は欠陥が少なくて、さらに欠陥がないエピタキシャル構造体を結晶成長させることができるエピタキシャルベース及びエピタキシャル構造体の製造方法を提供する。
本発明のエピタキシャルベースは、基板と、カーボンナノチューブ層とを含み、エピタキシャル層の成長に用いられる。前記基板は、少なくとも一つのパターン化エピタキシャル成長面を有し、前記パターン化エピタキシャル成長面は、複数の溝を含み、前記カーボンナノチューブ層は、前記基板のパターン化エピタキシャル成長面に配置され、前記複数の溝に対応する位置では懸架されている。
本発明のエピタキシャル構造体の製造方法は、結晶成長のための成長表面を有する基板を提供する第一ステップと、前記基板の成長表面をエッチングして、前記成長表面をパターン化する第二ステップと、前記パターン化された成長表面にカーボンナノチューブ層を配置する第三ステップと、前記基板のパターン化成長表面にエピタキシャル層を成長させる第四ステップと、を含む。
従来の技術と比べ、本発明のエピタキシャルベース及びエピタキシャル構造体の製造方法におけるエピタキシャルベースの基板は、パターン化成長表面を有し、前記パターン化成長表面は複数のナノ寸法の微小構造を備えている。また、一体構造の複数の空隙を有するカーボンナノチューブ層で直接的に前記基板のパターン化成長表面を被覆して、マスクとして用いる。従って、エピタキシャルベースの製造方法は簡単である。
前記基板の成長表面は、パターン化された表面であるので、エピタキシャル層が成長する過程において、格子欠陥が発生することを制限することができる。更に、前記基板のパターン化成長表面には、前記カーボンナノチューブ層が被覆されているので、エピタキシャル層が成長する過程において、格子欠陥の発生を更に防ぐことができる。また、前記カーボンナノチューブ層の複数の空隙を通じて、前記基板の一部の結晶面から成長結晶核を形成した後、横方向に結晶成長させて、一体のエピタキシャル層を成長形成するので、前記エピタキシャル層の前記基板との接触面積は小さい。従って、前記エピタキシャル層と基板との間の結合力を減少させることができる。
本発明の実施例１のエピタキシャルベースの製造工程を示す図である。 図１中のエピタキシャルベースの基板をパターン化する際の製造工程を示す図である。 図１中のエピタキシャルベースの基板のパターン化成長表面の構造を示す図である。 ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。 図４中のカーボンナノチューブフィルムのカーボンナノチューブセグメントの構造を示す図である。 図４中のカーボンナノチューブフィルムが９０度で積層されて形成されたカーボンナノチューブ層の走査型電子顕微鏡写真である。 カーボンナノチューブが配向して配置されたプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。 綿毛構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。 非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの走査型電子顕微鏡写真である。 ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの走査型電子顕微鏡写真である。 図１中の製造工程によって得られたエピタキシャルベースの構造を示す図である。 本発明の実施例２のエピタキシャル構造体の製造工程を示す図である。 本発明の実施例３のエピタキシャルベースの製造工程を示す図である。 図１３中の製造工程によって得られたエピタキシャルベースの構造を示す図である。 本発明の実施例４のエピタキシャル構造体の製造工程を示す図である。
以下、本発明のエピタキシャルベース及びエピタキシャル構造体の製造方法の実施形態について説明する。且つ以下の各々の実施形態において、同じ部材が同じ記号で標示されている。
（実施例１）
図１を参照すると、本実施例は一つのエピタキシャルベースの製造方法を提供する。該エピタキシャルベースの製造方法は、結晶成長のための成長表面１０１を有する基板１００を提供するステップ（Ｓ１０）と、前記基板１００の前記成長表面１０１をエッチングして、パターン化成長表面１０１を形成するステップ（Ｓ２０）と、前記パターン化成長表面１０１にカーボンナノチューブ層１０２を配置するステップ（Ｓ３０）と、を含む。
前記ステップ（Ｓ１０）において、前記基板１００は、成長しようとするエピタキシャル層に結晶成長のための成長表面１０１を提供し、前記成長表面１０１は、成長しようとするエピタキシャル層の結晶成長を支持する。前記基板１００のパターン化成長表面１０１は、平滑な表面であり、且つ酸素又は炭素などの不純物がない。前記基板１００は、単層構造又は多層構造を有する。前記基板１００が単層構造を有する場合、前記基板１００は、単結晶構造体である。この場合、前記基板１００は少なくとも一つの結晶面を含み、該結晶面はエピタキシャル層１０４の成長表面１０１として用いられる。前記基板１００が多層構造を有する場合、前記基板１００は、少なくとも一層の前記単結晶構造体を含み、且つ前記単結晶構造体は少なくとも一つの結晶面を含み、該結晶面はエピタキシャル層１０４の成長表面１０１として用いられる。前記基板１００の単結晶構造体は、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ、ＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）、ＳｉＣ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＬｉＧａＯ２、ＬｉＡｌＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＡｌＮ、ＧａＰ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＧａＭｎＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＡｌＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＩｎＮ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＰ：Ｚｎ及びＧａＰ：Ｎの一種又は数種からなることができる。前記基板１００の材料は、製造しようとするエピタキシャル層の材料に応じて選択可能である。前記基板１００の材料は、製造しようとするエピタキシャル層の材料と類似する格子定数及び熱膨張係数を有することが好ましい。本実施形態において、前記基板１００は、サファイア基板である。
前記ステップ（Ｓ２０）において、前記基板１００の成長表面１０１をエッチングする工程は、ウェットエッチング法又はドライエッチング法によって行う。本実施例において、前記ステップ（Ｓ２０）は、ウェットエッチング法を採用する。図２を参照すると、前記ステップ（Ｓ２０）は、前記基板１００の成長表面１０１にパターン化されたマスク１１０を設置するステップ（Ｓ２０１）と、前記マスク１１０に被覆されない前記基板１００の前記成長表面１０１をエッチングするステップ（Ｓ２０２）と、残留した前記マスク１１０を除去するステップ（Ｓ２０３）と、を含む。
前記ステップ（Ｓ２０１）において、前記マスク１１０は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化シリコン、又は二酸化チタン等の材料からなる。前記マスク１１０の材料に対して制限はなく、エッチングする工程において、前記マスク１１０で被覆された前記基板１００の前記成長表面１０１がエッチングされないのであればどの材料でも良い。
前記ステップ（Ｓ２０１）において、前記基板１００の前記成長表面１０１にパターン化された前記マスク１１０を設置する際、前記基板１００の前記成長表面１０１に、一層の二酸化ケイ素薄膜を堆積するステップ（Ｓ２１１）と、光リソグラフィー法を利用して、前記二酸化ケイ素薄膜をエッチングしてパターン化された前記マスク１１０を形成するステップ（Ｓ２１２）と、を含む。
前記ステップ（Ｓ２１１）において、前記二酸化ケイ素薄膜は、化学気相蒸着法によって、前記基板１００の前記成長表面１０１に形成される。前記二酸化ケイ素薄膜の厚さは０．３μｍ〜２μｍである。
前記ステップ（Ｓ２１２）において、前記二酸化ケイ素薄膜をエッチングする工程は、前記二酸化ケイ素薄膜にフォトレジストを塗布する第一段階と、前記フォトレジストを露光・現像することにより、パターン化フォトレジストを形成する第二段階と、フッ化水素酸（ＨＦ４）及びフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）の混合液によって、前記二酸化ケイ素薄膜をエッチングして、パターン化された前記マスク１１０を形成する第三段階と、を含む。
パターン化された前記マスク１１０のパターンに対して制限はないが、パターン化された前記マスク１１０は、複数のパターンユニットが周期的に配列して形成されたパターンアレイであることが好ましい。各々の前記パターンユニットは、円形、方形、矩形、六辺形、菱形、三角形等のいずれか一種の形状を有する。また、パターン化された前記マスク１１０は、前記各種形状のパターンユニットの一種又は数種からなることができる。本実施例において、前記パターンユニットは矩形体であり、パターン化された前記マスク１１０は、互いに平行配列された複数の矩形体からなる。前記複数の矩形体は等間隔に配列し、該矩形体間の距離は１μｍ〜２０μｍであり、前記矩形体の幅は１μｍ〜５０μｍである。また、該矩形体の長さは前記基板１００の長さ又は幅と同じであることが好ましく、前記矩形体の幅は矩形体間の距離より大きいことがより好ましい。
前記ステップ（Ｓ２０２）において、前記基板１００を、前記パターン化二酸化ケイ素をマスクとして、硫酸及び燐酸の混合液を使用して、ウェットエッチング方法によりエッチングする。この時、前記マスク１１０で被覆されない前記基板１００の成長表面１０１は、前記混合液で溶解され、前記マスク１１０で被覆された前記基板１００の成長表面１０１は保護される。これにより、前記基板１００の前記成長表面１０１はパターン化される。前記混合液の硫酸と燐酸との体積比は１：３〜３：１であり、前記基板１００のエッチング温度は３００℃〜５００℃である。前記基板１００に必要なエッチング時間はエッチングするその深さによって決まるが、３０秒〜３０分であることが好ましい。
図２及び図３を参照すると、前記基板１００に形成されたパターンは、前記マスク１１０のパターンと同じである。本実施例において、前記基板１００には、互いに平行する複数のストリップ状の溝１０３が形成されており、前記複数のストリップ状の溝１０３が互いに等間隔で配列されることが好ましい。前記ストリップ状の溝１０３の幅は１μｍ〜５０μｍであり、前記溝１０３間の距離は１μｍ〜２０μｍである。前記複数のストリップ状の溝１０３は全て同じ深さである。ここで、前記溝１０３の深さとは、前記基板１００の前記成長表面１０１から前記基板１００内へ垂直に延伸した距離である。本実施例において、前記複数のストリップ状の溝１０３は全て同じ深さであり、且つその深さは０．１μｍ〜１μｍである。
前記ステップ（Ｓ２０３）において、フッ化水素酸（ＨＦ４）を利用して、残留している前記マスク１１０を除去する。除去後、さらに残留したフッ化水素酸などの不純物を除去するために、脱イオン水によって、前記基板１００の表面を洗浄する。
前記ステップ（Ｓ３０）において、前記カーボンナノチューブ層１０２は前記基板１００のパターン化成長表面１０１に直接的に被覆されて設置される。この場合、前記カーボンナノチューブ層１０２は、前記基板１００の複数の前記溝１０３の間の前記成長表面１０１に接触し、前記基板１００の複数の前記溝１０３上に懸架される。前記カーボンナノチューブ層１０２が前記溝１０３上に懸架されることは、前記基板１００の複数の前記溝１０３上に位置した一部の前記カーボンナノチューブ層１０２が前記基板１００と接触点を有さないことを意味する。
前記カーボンナノチューブ層１０２は、複数のカーボンナノチューブからなる連続的な全体構造体である。さらに、前記カーボンナノチューブ層１０２には、複数のカーボンナノチューブが均一に分散されている。該複数のカーボンナノチューブは分子間力で接続されている。前記カーボンナノチューブ層１０２におけるカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブ層１０２の厚さは、１ｎｍ〜１００μｍである。例えば、前記カーボンナノチューブ層１０２の厚さを、１０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、１μｍ、１０μｍ又は５０μｍにすることができる。前記カーボンナノチューブ層１０２は、パターン化された薄膜構造体である。前記カーボンナノチューブ層１０２が前記基板１００のパターン化成長表面１０１に配置される場合、前記基板１００のパターン化成長表面１０１の一部の表面は、前記カーボンナノチューブ層１０２のパターン化された部分を通じて露出される。従って、前記エピタキシャル層１０４は前記パターン化成長表面１０１の露出された部分から成長することができる。
前記パターン化されたカーボンナノチューブ層１０２には、複数の空隙１０５が形成されている。前記複数の空隙１０５は、前記カーボンナノチューブ層１０２に均一的に分布される。前記複数の空隙１０５は、前記カーボンナノチューブ層１０２の厚さ方向に沿って前記カーボンナノチューブ層１０２を貫通する。前記空隙１０５は、隣接する複数のカーボンナノチューブで囲まれて形成された微孔状に形成され得て、又はカーボンナノチューブの軸方向の配列方向に沿って延伸された隣接するカーボンナノチューブの間のストリップ状に形成され得る。前記空隙１０５が微孔状である場合、前記空隙１０５の平均孔径は１０ｎｍ〜５００μｍである。前記空隙１０５が間隙である場合、前記空隙１０５の平均幅は１０ｎｍ〜５００μｍである。前記空隙１０５は、一部が微孔状であり、もう一部がストリップ状であることができる。以下、“前記空隙１０５の寸法”としては、前記孔径の直径又は間隙の幅を指す。前記空隙１０５の寸法は、それぞれ異なることができる。前記空隙１０５の寸法は、１０ｎｍ〜３００μｍであることが好ましく、５０ｎｍ、１００ｎｍ、５００ｎｍ、１μｍ、１０μｍ、８０μｍ又は１２０μｍであることがより好ましい。前記空隙１０５の寸法が小さいほど、エピタキシャル層１０４が成長する過程で格子欠陥が発生する可能性が減少して、高い品質のエピタキシャル層１０４を得ることができる。本実施形態において、前記空隙１０５の寸法は１０ｎｍ〜１０μｍである。前記カーボンナノチューブ層１０２のデューティファクタ（ｄｕｔｙ ｆａｃｔｏｒ）は、１：１００〜１００：１であるが、例えば、１：１０、１：２、１：４、４：１、２：１又は１０：１であることもある。好ましくは、前記カーボンナノチューブ層１０２のデューティファクタは、１：４〜４：１である。前記“デューティファクタ”は、前記カーボンナノチューブ層１０２が前記基板１００のパターン化成長表面１０１に被覆された後における前記基板１００のパターン化成長表面１０１の、前記カーボンナノチューブ層１０２で遮られた領域と、前記カーボンナノチューブ層１０２の前記空隙１０５から露出された領域との面積比を示す。
前記カーボンナノチューブ層１０２が、パターン化効果を保持している場合、前記カーボンナノチューブ層１０２には、前記複数のカーボンナノチューブが配向し又は配向せずに配置されている。前記複数のカーボンナノチューブの配列方式により、前記カーボンナノチューブ層１０２は非配向型のカーボンナノチューブ層１０２及び配向型のカーボンナノチューブ層１０２の二種に分類される。本実施形態における非配向型のカーボンナノチューブ層１０２では、カーボンナノチューブが異なる方向に沿って配置され、又は絡み合っている。配向型のカーボンナノチューブ層１０２では、前記複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列している。又は、配向型のカーボンナノチューブ層１０２において、配向型のカーボンナノチューブ層１０２が二つ以上の領域に分割される場合、各々の領域における複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている。この場合、異なる領域におけるカーボンナノチューブの配列方向は異なる。
一つの例として、高光透過率、優れたパターン化効果を有するカーボンナノチューブ層１０２を得るために、前記カーボンナノチューブ層１０２におけるカーボンナノチューブの長軸は、前記カーボンナノチューブ層１０２の表面に平行に配列されることが好ましい。この場合、前記カーボンナノチューブ層１０２が前記基板１００のパターン化成長表面１０１に被覆された後、前記カーボンナノチューブ層１０２におけるカーボンナノチューブの長軸は、前記成長表面１０１に平行する。また、前記カーボンナノチューブ層１０２におけるカーボンナノチューブの大部分は、同じ方向に沿って配置されることができるが、前記カーボンナノチューブ層１０２における一部のカーボンナノチューブは、第一方向に沿って配置され、前記カーボンナノチューブ層１０２におけるもう一部のカーボンナノチューブは、第二方向に沿って配置されることもできる。前記第一方向は、第二方向に垂直である。好ましくは、前記基板１００のパターン化成長表面１０１に被覆された前記カーボンナノチューブ層１０２におけるカーボンナノチューブは、前記基板１００の結晶方位に沿って延伸して配列され、又は、前記基板１００の結晶方位と所定の角度をなす方向に沿って延伸配列される。
前記カーボンナノチューブ層１０２は、化学蒸着法（ＣＶＤ）によって直接的に前記基板１００のパターン化成長表面１０１に形成され、又はあらかじめ形成されたカーボンナノチューブフィルムを前記基板１００のパターン化成長表面１０１に配置して形成され、又はカーボンナノチューブ懸濁液を前記基板１００のパターン化成長表面１０１に濾過し、堆積させて形成されることができる。しかし、前記方法のいくつかは、支持面を必要とする。前記カーボンナノチューブ層１０２は、自立構造の薄膜の形状に形成されていることができる。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ層１０２を独立して利用することができるという形態のことである。すなわち、前記カーボンナノチューブ層１０２を対向する両側から支持して、前記カーボンナノチューブ層１０２の構造を変化させずに、前記カーボンナノチューブ層１０２を懸架させることができることを意味する。従って、前記カーボンナノチューブ層１０２は、前記基板１００のパターン化成長表面１０１に直接的に配置することが容易になる。
前記カーボンナノチューブ層１０２は、複数のカーボンナノチューブからなる純カーボンナノチューブ構造体であることができる。前記純カーボンナノチューブ構造体では、前記カーボンナノチューブ層１０２を形成する工程において、カーボンナノチューブが表面修飾されず、又は酸化処理が行われず、前記カーボンナノチューブ層１０２のカーボンナノチューブの表面が化学的官能基を含まない。前記カーボンナノチューブ層１０２は、複数のカーボンナノチューブ及び添加材料からなるカーボンナノチューブ複合構造体であることもある。この場合、前記カーボンナノチューブ複合構造体において、カーボンナノチューブは主要な材料として利用される。前記添加材料は、グラフェン、炭化ケイ素、窒化ホウ素、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、ダイヤモンド及びアモルファスカーボン、グラファイトなどの一種又は数種からなることができるが、金属炭化物、金属酸化物及び金属窒化物などの一種又は数種からなることもできる。前記添加材料は、前記カーボンナノチューブ層１０２のカーボンナノチューブの表面に被覆され、又は前記カーボンナノチューブ層１０２の空隙１０５に充填されることができる。これにより、前記カーボンナノチューブ層１０２の大きな直径を持つ空隙１０５の直径を減少させることができる。好ましくは、前記添加材料は、前記カーボンナノチューブ層１０２のカーボンナノチューブの表面に被覆される。この場合、前記添加材料は、化学蒸着法、物理蒸着法（ＰＶＤ）又はマグネトロンスパッタリング法などによって、前記カーボンナノチューブ層１０２のカーボンナノチューブの表面に堆積されることができる。
前記カーボンナノチューブ層１０２は、少なくとも一枚の、厚さが０．５ｎｍ〜１０μｍであるカーボンナノチューブフィルム、若しくは少なくとも一本の、直径が０．５ｎｍ〜１０μｍであるカーボンナノチューブワイヤであるか、又は前記カーボンナノチューブフィルム及びカーボンナノチューブワイヤを組み合わせて形成される。前記カーボンナノチューブ層１０２が、複数のカーボンナノチューブワイヤからなる場合、前記複数のカーボンナノチューブワイヤは、間隔をおいて平行するように配置されることができ、又は、互いに交叉するように配置されることができ、又は互いに編むことにより網状構造体になることができる。この場合、前記カーボンナノチューブ層１０２において、間隔をおいて配置された隣接するカーボンナノチューブワイヤの間の距離は、０．１μｍ〜２００μｍであることができるが、１０μｍ〜１００μｍであることが好ましい。この場合、前記カーボンナノチューブ層１０２におけるカーボンナノチューブワイヤの間の間隙は前記空隙１０５として定義される。これにより、前記カーボンナノチューブ層１０２における前記空隙１０５の幅は、前記間隔をおいて平行するように配置されたカーボンナノチューブワイヤの間の距離を制御することによって制御することができる。前記空隙１０５の長さは、前記間隔をおいて平行するように配置されたカーボンナノチューブワイヤの長さと等しくすることができる。
前記カーボンナノチューブ層１０２が、複数のカーボンナノチューブフィルムからなる場合、前記複数のカーボンナノチューブフィルムは並列されて一層に配列され、又は複数のカーボンナノチューブフィルムは積層されて多層に配列されることができる。この場合、隣接するカーボンナノチューブフィルムは、分子間力で結合されている。前記カーボンナノチューブ層１０２が、積層された複数のカーボンナノチューブフィルムからなる場合、前記カーボンナノチューブフィルムの積層された数を制御することにより、前記カーボンナノチューブ層１０２の厚さを制御することができる。前記カーボンナノチューブ層１０２において積層されたカーボンナノチューブフィルムの層数は２層〜１００層である。好ましくは、前記カーボンナノチューブ層１０２において積層されたカーボンナノチューブフィルムの層数は１０層、３０層又は５０層である。
本発明の前記カーボンナノチューブ層１０２としては、以下の（一）〜（四）のものが挙げられる。
（一）ドローン構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ層１０２は、超配列カーボンナノチューブアレイ（非特許文献１を参照）から引き出して得られたドローン構造カーボンナノチューブフィルム（ｄｒａｗｎ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、端と端が接続されている。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で長さ方向端部同士が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。また、前記複数のカーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブフィルムの表面に平行して配列されている。図４及び図５を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３を含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメント１４３は、長さ方向に沿って分子間力で端と端が接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメント１４３は、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメント１４３において、前記複数のカーボンナノチューブ１４５の長さが同じである。
前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、カーボンナノチューブアレイを提供する第一ステップと、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす第二ステップと、を含む。
前記カーボンナノチューブ層１０２が、積層された複数の前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムを含む場合、隣接する前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で結合されている。隣接する前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、それぞれ０°〜９０°の角度で交差している。好ましくは、図６に示すように、隣接する前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、９０°の角度で交差している。
前記カーボンナノチューブ膜の厚さを薄くさせるために、前記カーボンナノチューブ膜を加熱処理することができる。加熱処理する工程において、前記カーボンナノチューブ膜が破壊されることを防止するために、前記カーボンナノチューブ膜の一部に対して加熱処理してもよい。前記カーボンナノチューブ膜の一部に対して加熱処理することにおいては、レーザ又はマイクロ波で前記カーボンナノチューブ膜の一部を加熱することにより、該部のカーボンナノチューブが酸化され、前記カーボンナノチューブ膜の厚さを薄くすることができる。本実施形態において、前記カーボンナノチューブ膜は酸素を含む雰囲気でレーザ装置によって照射される。レーザのパワー密度は、０．１×１０４Ｗ／ｍ２より大きい。前記レーザを、前記カーボンナノチューブ膜に相対して均一な速度で移動させて、前記カーボンナノチューブ膜を加熱する。前記レーザの、レーザスポットの直径は、１ｍｍ〜５ｍｍであることができる。好ましくは、前記レーザは、炭酸ガスレーザ装置により提供される。前記炭酸ガスレーザ装置の、電力は３０Ｗであり、レーザの波長は１０．６μｍであり、レーザスポットの直径は３ｍｍである。
（二）プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ層１０２は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム（ｐｒｅｓｓｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、シート状の自立構造を有するものである。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向は、前記押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。
図７を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向して配列される場合には、該カーボンナノチューブフィルムは、同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含む。ローラー形状を有する押し器具を利用して、同じ方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、基本的に同じ方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。また、ローラー形状を有する押し器具を利用して、異なる方向に沿って、前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、前記異なる方向に沿って、選択的な方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。
前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの傾斜の程度は、前記カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブと該カーボンナノチューブフィルムの表面とは、角度αを成し、該角度αは０°以上１５°以下である。好ましくは、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが該カーボンナノチューブフィルムの表面に平行する（即ち、角度αは０°である）。前記圧力が大きくなるほど、前記傾斜の程度が大きくなる。前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、前記カーボンナノチューブアレイの高さ及び該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。即ち、前記カーボンナノチューブアレイの高さが大きくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が小さくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが大きくなる。これとは逆に、カーボンナノチューブアレイの高さが小さくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が大きくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが小さくなる。
（三）綿毛構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ層１０２は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは綿毛構造カーボンナノチューブフィルム（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。図８を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブは、絡み合い、等方的に配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムにおいては、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分布されている。複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されている。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１００ｎｍ以上であり、１００ｎｍ〜１０ｃｍであることが好ましい。前記カーボンナノチューブフィルムは、自立構造の薄膜の形状に形成されている。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブフィルムを独立して利用することができるという形態である。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接近して、相互に絡み合って、カーボンナノチューブネット状に形成されている。前記複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されて、多くの微小な穴が形成されている。ここで、単一の前記微小な穴の直径が１０μｍ以下になる。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、相互に絡み合って配置されるので、該カーボンナノチューブフィルムは柔軟性に優れ、任意の形状に湾曲して形成させることができる。用途に応じて、前記カーボンナノチューブフィルムの長さ及び幅を調整することができる。前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、０．５ｎｍ〜１ｍｍである。
前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、下記のステップを含む。
第一ステップでは、カーボンナノチューブ原料（綿毛構造カーボンナノチューブフィルムの素になるカーボンナノチューブ）を提供する。
ナイフのような工具でカーボンナノチューブを基材から剥離し、カーボンナノチューブ原料が形成される。前記カーボンナノチューブは、ある程度互いに絡み合っている。前記カーボンナノチューブの原料においては、該カーボンナノチューブの長さは、１０μｍ以上であり、１００μｍ以上であることが好ましい。
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブ原料を溶剤に浸漬し、該カーボンナノチューブ原料を処理して、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を形成する。
前記カーボンナノチューブ原料を前記溶剤に浸漬した後、超音波式分散、又は高強度撹拌又は振動などの方法により、前記カーボンナノチューブを綿毛構造に形成させる。前記溶剤は水または揮発性有機溶剤である。超音波式分散方法の場合、カーボンナノチューブを含む溶剤を１０〜３０分間処理する。カーボンナノチューブは大きな比表面積を有し、カーボンナノチューブの間に大きな分子間力が生じるので、前記カーボンナノチューブはそれぞれもつれて、綿毛構造に形成される。
第三ステップでは、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶液を濾過して、最終的な綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を取り出す。
まず、濾紙が置かれたファネルを提供する。前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶剤を濾紙が置かれたファネルにつぎ、しばらく放置して、乾燥させると、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体が分離される。図８を参照すると、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブが互いに絡み合って、不規則的な綿毛構造となっている。
分離された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を容器に置き、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を所定の形状に展開し、展開された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に所定の圧力を加え、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に残留した溶剤を加熱させるか、或いは、該溶剤を自然に蒸発させると、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。
前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体が展開される面積によって、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの厚さと面密度を制御できる。即ち、一定の体積を有する前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体は、展開される面積が大きくなるほど、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの厚さと面密度が小さくなる。
また、微多孔膜とエアーポンプファネル（Ａｉｒ−ｐｕｍｐｉｎｇ Ｆｕｎｎｅｌ）を利用して綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。具体的には、微多孔膜とエアーポンプファネルを提供し、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶剤を、前記微多孔膜を通して前記エアーポンプファネルにつぎ、該エアーポンプファネルに抽気し、乾燥させると、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。前記微多孔膜は、平滑な表面を有する。該微多孔膜において、単一の微小孔の直径は、０．２２マイクロメートルにされている。前記微多孔膜は平滑な表面を有するので、前記カーボンナノチューブフィルムは容易に前記微多孔膜から剥落することができる。さらに、前記エアーポンプを利用することにより、前記綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムに空気圧をかけるので、均一な綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムを形成させることができる。
（四）カーボンナノチューブワイヤ
図９を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブからなる。この場合、一本のカーボンナノチューブワイヤ（非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ）は、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。前記カーボンナノチューブセグメントは、同じ長さ及び幅を有する。さらに、各々の前記カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。前記複数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。図１０を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤをねじり、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成することができる。ここで、前記複数のカーボンナノチューブは前記カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。前記カーボンナノチューブ構造体は、前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、又はそれらの組み合わせのいずれか一種からなる。
前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、カーボンナノチューブアレイから引き出してなるカーボンナノチューブフィルムを利用する。前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、次の三種がある。第一種では、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの長手方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルムを所定の幅で切断し、カーボンナノチューブワイヤを形成する。第二種では、前記カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤に浸漬させて、前記カーボンナノチューブフィルムを収縮させてカーボンナノチューブワイヤを形成することができる。第三種では、前記カーボンナノチューブフィルムを機械加工（例えば、紡糸工程）してねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。詳しく説明すれば、まず、前記カーボンナノチューブフィルムを紡糸装置に固定させる。次に、前記紡糸装置を動作させて前記カーボンナノチューブフィルムを回転させ、ねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。
前記ステップ（Ｓ３０）において、前記カーボンナノチューブ層１０２を前記基板１００の前記パターン化成長表面１０１に設置して、エピタキシャル構造体などを成長させるためのエピタキシャルベースを形成する。
図１１を参照すると、本実施例は、更に前記製造方法を通じて得られたエピタキシャルベース１０を提供する。該エピタキシャルベース１０は、基板１００及びカーボンナノチューブ層１０２と、を備える。前記基板１００は、一つのパターン化表面を含む。前記基板１００のパターン化表面は成長表面１０１として用いられる。前記基板１００の前記成長表面１０１は、複数の溝１０３を含む。前記複数の溝１０３は、前記成長表面１０１に互いに間隔をおいて配列される。また、前記複数の溝１０３は、互いに平行して延伸するか、又は互いに交叉して網状溝を形成する。前記カーボンナノチューブ層１０２は、前記基板１００の前記成長表面１０１を被覆するが、前記カーボンナノチューブ層１０２の前記基板１００の前記複数の溝１０３に対応する部分は、前記複数の溝１０３上に懸架されている。
前記カーボンナノチューブ層１０２は、連続する自立構造体であるので、直接的に前記基板１００の前記成長表面１０１を被覆するマスクとして用いることができるため、本発明のエピタキシャルベースの製造方法は簡単である。前記基板１００の前記成長表面１０１はパターン化された表面であるので、エピタキシャル層が成長される過程において、格子欠陥の発生を防止することができる。また、前記基板１００のパターン化成長表面１０１には、前記カーボンナノチューブ層１０２が被覆されているので、エピタキシャル層が成長する過程において、格子欠陥の発生を二重に防止することができる。また、前記基板の一部の結晶面から前記カーボンナノチューブ層１０２の複数の空隙を通じて、成長結晶核を形成した後、横方向に結晶成長させて、一体のエピタキシャル層を成長形成させるので、エピタキシャル層は基板との接触面積が小さい。従って、エピタキシャル層と基板との間の結合力を減少させることができる。
（実施例２）
図１２を参照すると、本実施例は一つのエピタキシャル構造体の製造方法を提供する。該エピタキシャルベースの製造方法は、結晶成長のための成長表面１０１を有する基板１００を提供するステップ（Ｓ１０）と、前記基板１００のパターン化成長表面１０１をエッチングして、前記成長表面１０１をパターン化するステップ（Ｓ２０）と、前記パターン化する成長表面１０１にカーボンナノチューブ層１０２を配置するステップ（Ｓ３０）と、前記基板１００の前記パターン化成長表面１０１にエピタキシャル層１０４を成長させるステップ（Ｓ４０）と、を含む。本実施例の前記ステップ（Ｓ１０）〜ステップ（Ｓ３０）は、実施例１のステップ（Ｓ１０）〜ステップ（Ｓ３０）と同じである。
前記ステップ（Ｓ４０）において、前記エピタキシャル層１０４は、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、化学線エピタキシー法（ＣＢＥ）、減圧エピタキシー法、低温エピタキシー法、液相エピタキシー法（ＬＰＥ）、選択エピタキシー法、有機金属気相エピタキシー法（ＭＯＶＰＥ）、超高真空化学蒸着法（ＵＨＶＣＶＤ）、ハイドライド気相エピタキシー法（ＨＶＰＥ）及び有機金属化学気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ）などの一種又は数種の方法によって結晶成長することができる。
前記エピタキシャル層１０４は、エピタキシー成長法によって前記基板１００のパターン化成長表面１０１に成長された単結晶層である。前記エピタキシャル層１０４の材料は、前記基板１００の材料と同じ又は異なることができる。ここで、前記エピタキシャル層１０４が、前記基板１００の材料と同じ材料からなる場合、前記エピタキシャル層１０４は、ホモエピタキシャル層と呼ばれている。前記エピタキシャル層１０４が、前記基板１００の材料と異なる材料からなる場合、前記エピタキシャル層１０４は、ヘテロエピタキシャル層と呼ばれている。前記エピタキシャル層１０４は、半導体、金属又は合金のエピタキシャル層であることができる。前記半導体は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＡｌＮ、ＧａＰ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＧａＭｎＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＡｌＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＩｎＮ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＰ：Ｚｎ又はＧａＰ：Ｎなどであることができる。前記金属は、アルミニウム、白金、銅又は銀であることができる。前記合金は、ＭｎＧａ、ＣｏＭｎＧａ又はＣｏ２ＭｎＧａであることができる。前記エピタキシャル層１０４の厚さは、１００ｎｍ〜５００μｍである。前記エピタキシャル層１０４の厚さは、２００ｎｍ、５００ｎｍ、１μｍ、２μｍ、５μｍ、１０μｍ又は５０μｍであることが好ましい。
本実施例において、前記基板はサファイア基板であり、エピタキシャル層は、ＧａＮ層である。前記ＧａＮ層がＭＯＣＶＤ法によって前記サファイア基板に成長される。高純度アンモニア（ＮＨ３）を窒素源ガスとして、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）又はトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）をＧａの原料ガスとして、水素（Ｈ２）をキャリヤガスとして用いる。単層のカーボンナノチューブ膜は、サファイア基板のエピタキシャル成長表面に配置される。前記ステップ（Ｓ４０）は、カーボンナノチューブ膜が配置されたサファイア基板を真空反応室に配置し、前記反応室を１１００℃〜１２００℃まで加熱し、キャリヤガスを反応室に導入し、前記サファイア基板を２００秒間〜１０００秒間にわたって焼成するステップ（４０ａ）と、キャリヤガスの雰囲気で前記反応室の温度を５００℃〜６５０℃まで下げ、同時にＧａの原料ガス及び窒素源ガスを反応室に導入して、１０ｎｍ〜５０ｎｍの低温ＧａＮバッファ層を成長させるステップ（４０ｂ）と、Ｇａの原料ガスの導入を停止し、キャリヤガス及び窒素源ガスの導入を維持し、前記反応室の温度を１１１０℃〜１２００℃まで昇温して、３０秒間〜３００秒間にわたってアニーリング処理するステップ（４０ｃ）と、前記反応室の温度を１１１０℃〜１２００℃に維持し、Ｇａの原料ガスを再びに導入することにより、高品質なエピタキシャル層を成長させるステップ（４０ｄ）と、を含む。
前記ステップ（Ｓ４０）において、前記エピタキシャル層１０４の成長過程は、前記基板１００のパターン化成長表面１０１の露出領域に形成しようとするエピタキシャル層１０４の核を形成し、前記核の寸法が主に前記成長表面１０１と垂直する方向に沿って増加して、複数のエピタキシャル結晶粒を形成する第一階段と、前記複数のエピタキシャル結晶粒による横方向結晶成長、隣接する結晶粒同士の合体によって全体のエピタキシャル膜を形成する第二階段と、前記エピタキシャル膜が前記成長表面１０１に垂直する方向に増大して、エピタキシャル層１０４を形成する第三階段と、を含む。
前記第一階段において、前記エピタキシャル結晶粒は、前記カーボンナノチューブ層１０２によって露出された前記基板１００のパターン化成長表面１０１から前記カーボンナノチューブ層１０２の空隙１０５を貫通して成長する。ここで、形成しようとするエピタキシャル層１０４の核が主に前記成長表面１０１と垂直する方向に沿って成長することを縦方向結晶成長として定義することができる。
前記第二階段において、隣接する結晶粒同士の合体によって前記複数のエピタキシャル結晶粒は互いに接続して、一体構造を有する前記エピタキシャル膜を形成する。前記複数のエピタキシャル結晶粒及び前記エピタキシャル膜は共に前記カーボンナノチューブ層１０２を包む。隣接する結晶粒及びその間の前記エピタキシャル膜は共に前記カーボンナノチューブ層１０２のカーボンナノチューブを囲むことにより複数のキャビティ１０６を形成する。前記キャビティ１０６の内壁は、前記キャビティ１０６におけるカーボンナノチューブと接触し、又は間隔を有することができる。これは、前記カーボンナノチューブと形成しようとするエピタキシャル層１０４の間の濡れ性によって決定される。前記複数のエピタキシャル結晶粒及び前記エピタキシャル膜からなる一体構造体の前記基板１００のパターン化成長表面１０１に面する表面は、凹凸構造を有するパターン化表面である。該凹凸構造は、前記パターン化されたカーボンナノチューブ層１０２に関係している。前記カーボンナノチューブ層１０２が、間隔をおいて平行するように配置された複数のカーボンナノチューブワイヤからなる場合、前記複数のエピタキシャル結晶粒及び前記エピタキシャル膜からなる一体構造体の前記基板１００のパターン化成長表面１０１に面する表面には、平行且つ間隔を有する複数の溝が形成される。前記カーボンナノチューブ層１０２が、互いに交叉するように配置され、又は互いに編まれることにより網状構造体になる場合、前記複数のエピタキシャル結晶粒及び前記エピタキシャル膜からなる一体構造体の前記基板１００のパターン化成長表面１０１に面する表面には、交叉された複数の溝を含む網状溝が形成される。前記カーボンナノチューブ層１０２は、前記エピタキシャル結晶粒と前記基板１００の間に格子欠陥が発生することを防止するために用いられる。前記横方向結晶成長とは、前記基板１００のパターン化成長表面１０１に平行な方向に沿って結晶成長することを示す。
前記第三階段において、前記エピタキシャル膜は前記成長表面１０１に垂直な方向に増大して、エピタキシャル層１０４を形成する工程に用いられる時間が長くなる。前記基板１００のパターン化成長表面１０１に前記カーボンナノチューブ層１０２が配置されているので、前記第三階段で前記エピタキシャル膜における欠陥が少なくなる。従って、前記エピタキシャル膜が前記成長表面１０１に垂直な方向に増大して形成されたエピタキシャル層１０４にも欠陥が少なくなる。
（実施例３）
図１３を参照すると、本実施例はもう一つのエピタキシャルベースの製造方法を提供する。該エピタキシャルベースの製造方法は、結晶成長のための成長表面１０１を有する基板１００を提供するステップ（Ｓ１０）と、前記基板１００の前記成長表面１０１に間隔をおいて配列された複数の突起１０７を形成するステップ（Ｓ２０ａ）と、前記複数の突起１０７上に前記カーボンナノチューブ層１０２を配置するステップ（Ｓ３０）と、を含む。
本実施例のエピタキシャルベースの製造方法には、実施例１のエピタキシャルベースの製造方法と比べて、次の異なる点がある。本実施例のステップ（Ｓ２０ａ）は、実施例１のステップ（Ｓ２０）と異なり、前記ステップ（Ｓ２０ａ）において、前記基板１００の成長表面１０１を直接的にエッチングして、パターン化成長表面１０１を形成するのではなく、前記基板１００の平坦的成長表面１０１に、間隔をおいて配列された複数の突起１０７を形成することにより、前記エピタキシャルベースに結晶成長のためのパターン化成長表面を形成する。
前記ステップ（Ｓ２０ａ）において、前記複数の突起１０７の材料は、前記基板１００の材料と同じであるか、又は異っても良い。前記複数の突起１０７は、以下の方法によって形成することができる。一種目は、一つのカーボンナノチューブ層をマスクとして、エピタキシー成長法によって、前記複数の突起１０７を前記基板１００の前記成長表面１０１に形成する。二種目は、前記基板１００の成長表面１０１に一つのフィルムを堆積させた後、エッチング方法によって、前記フィルムをエッチングして前記複数の突起１０７を形成する。三種目は、ストリップ状体を直接的に前記基板１００の前記成長表面１０１に設置して前記複数の突起１０７を形成する。本実施例において、前記複数の突起１０７は、前記二種目の方法によって形成される。前記成長表面１０１に堆積されたフィルムは、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化シリコン、又は二酸化チタンからなることができるが、二酸化ケイ素からなることが好ましい。前記二酸化ケイ素フィルムのエッチングは、前記第１実施例の二酸化ケイ素マスクのエッチング方法によって行う。また、前記複数の突起１０７の形状についは限定されない。本実施例において、前記複数の突起１０７の形状はストリップ状であり、前記ストリップ状の複数の突起１０７は互いに平行する。前記ストリップ状の突起１０７の幅は１μｍ〜５０μｍであり、隣接する二つの突起１０７間の距離は１μｍ〜２０μｍである。
前記ステップ（Ｓ３０）において、前記カーボンナノチューブ層１０２は前記複数の突起１０７上に直接的に設置され、且つ前記基板１００の前記成長表面１０１と所定の間隔をおいて設置される。前記カーボンナノチューブ層１０２の、前記複数の突起１０７上に位置する部分は、前記複数の突起１０７と接触し、また、隣接する二つの突起１０７の間に位置する部分は、隣接する二つの突起１０７の間に懸架される。また、前記カーボンナノチューブ層１０２には、複数の空隙１０５が形成されている。前記基板１００の前記成長表面１０１及び前記突起１０７の一部は、前記カーボンナノチューブ層１０２の前記空隙１０５から露出する。前記カーボンナノチューブ層１０２におけるカーボンナノチューブは一つの方向に沿って配列するが、前記ストリップ状の突起１０７の延伸方向と同じ方向、又は異なる方向へ配列することもできる。しかし、前記ストリップ状の前記突起１０７の延伸方向に垂直することが好ましい。
図１４を参照すると、本実施例は、前記製造方法を通じて得られたエピタキシャルベース１０ａを提供する。該エピタキシャルベース１０ａは、基板１００と、複数の突起１０７及びカーボンナノチューブ層１０２と、を備え、該基板１００は、一つの成長表面１０１を含む。前記複数の突起１０７は、間隔をおいて前記成長表面１０１に配置され、前記エピタキシャルベース１０ａには、パターン化成長表面１０１が形成される。前記複数の突起１０７は、互いに平行して延伸して、又は互いに交叉して網状溝が形成される。前記カーボンナノチューブ層１０２は、前記エピタキシャルベース１０ａのパターン化成長表面１０１を被覆するが、前記カーボンナノチューブ層１０２の前記突起１０７間の領域に対応する前記カーボンナノチューブ層１０２の一部は、前記突起１０７間で、前記基板１００上に懸架されている。
（実施例４）
図１５を参照すると、本実施例はもう一つのエピタキシャル構造体の製造方法を提供する。該エピタキシャルベースの製造方法は、結晶成長のための成長表面１０１を有する基板１００を提供するステップ（Ｓ１０）と、前記基板１００の前記成長表面１０１に間隔をおいて配列された複数の突起１０７を形成するステップ（Ｓ２０ａ）と、前記複数の突起１０７上に、カーボンナノチューブ層１０２を配置するステップ（Ｓ３０）と、前記エピタキシャルベース１０ａのパターン化成長表面１０１にエピタキシャル層１０４を成長させるステップ（Ｓ４０）と、を含む。本実施例の前記ステップ（Ｓ１０）、前記ステップ（Ｓ２０ａ）及び前記ステップ（Ｓ３０）は、実施例３の前記ステップ（Ｓ１０）、前記ステップ（Ｓ２０ａ）及び前記ステップ（Ｓ３０）と同じである。本実施例の前記ステップ（Ｓ４０）は、実施例２の前記ステップ（Ｓ４０）において行う。
本実施例のステップ（Ｓ４０）において、前記エピタキシャル層１０４は、前記カーボンナノチューブ層１０２の前記空隙１０５から露出した突起１０７の一部からではなく、前記カーボンナノチューブ層１０２の前記空隙１０５から露出した前記基板１００の成長表面１０１の一部から結晶成長する。前記エピタキシャル層１０４の材料はＧａＮであり、前記突起１０７の材料は二酸化ケイ素であるが、ＧａＮ材料は、前記二酸化ケイ素材料によってエピタキシャル成長することができないので、前記エピタキシャル層１０４は、単に前記カーボンナノチューブ層１０２の前記空隙１０５から露出した前記突起１０７間の成長表面１０１から結晶成長する。前記ステップ（Ｓ４０）において、まず、形成しようとするエピタキシャル層１０４の核が主に前記成長表面１０１と垂直な方向に沿って成長して、前記突起１０７の間の成長表面１０１に複数のエピタキシャル結晶粒を形成する。次に、前記エピタキシャル結晶粒が増大して前記突起１０７間の空間に充満した後、隣接する結晶粒同士の合体によって、前記複数のエピタキシャル結晶粒は互いに接続して、一体構造を有するエピタキシャル膜を形成する。これにより、前記複数のエピタキシャル結晶粒及び前記エピタキシャル膜は共に前記複数の突起１０７を半分囲む。最後に、前記エピタキシャル膜は前記成長表面１０１に垂直する方向に増大して、エピタキシャル層１０４を形成する。これにより、エピタキシャル層１０４は、前記カーボンナノチューブ層１０２全てを包む。
１０、１０ａ エピタキシャルベース
１００ 基板
１０１ 成長表面
１０２ 第一カーボンナノチューブ層
１０３ 溝
１０４ エピタキシャル層
１０５ 空隙
１０６ キャビティ
１０７ 突起
１１０ マスク
１４３ カーボンナノチューブセグメント
１４５ カーボンナノチューブ

Claims (2)

  1. 基板と、カーボンナノチューブ層とを含み、エピタキシャル層の成長に用いられるエピタキシャルベースであって、
    前記基板は、少なくとも一つのパターン化エピタキシャル成長面を有し、
    前記パターン化エピタキシャル成長面は、複数の溝を含み、
    前記カーボンナノチューブ層は、前記基板のパターン化エピタキシャル成長面に配置され、前記複数の溝に対応する位置では懸架されていることを特徴とするエピタキシャルベース。
  2. 結晶成長のための成長表面を有する基板を提供する第一ステップと、
    前記基板の成長表面をエッチングして、前記成長表面をパターン化する第二ステップと、
    前記パターン化された成長表面にカーボンナノチューブ層を配置する第三ステップと、
    前記基板のパターン化成長表面にエピタキシャル層を成長させる第四ステップと、
    を含むことを特徴とするエピタキシャル構造体の製造方法。
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