DE112006000654T5 - Freitragendes Substrat, Verfahren zur Herstellung desselben und Halbleiterleuchtvorrichtung - Google Patents

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Kazumasa Tsuchiura Ueda
Naohiro Tsukuba Nishikawa
Yoshihiko Tsukuba Tsuchida
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Sumitomo Chemical Co Ltd
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Abstract

Freitragendes Substrat, das eine Halbleiterschicht und anorganische Teilchen umfasst, wobei die anorganischen Teilchen in der Halbleiterschicht enthalten sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein freitragendes Substrat, ein Verfahren zur Herstellung des Substrats und eine Halbleiterleuchtvorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein freitragendes Substrat eines Nitridhalbleiters der Gruppe III-V, ein Verfahren zur Herstellung des Substrats und eine Halbleiterleuchtvorrichtung.
  • Nitridhalbleiter der Gruppe III-V werden zur Herstellung von Halbleiterleuchtvorrichtungen für Displays verwendet. Beispielsweise wird ein Nitridhalbleiter der Gruppe III-V der Formel InxGayAlzN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1 und x + y + z = 1) zur Herstellung von Halbleiterleuchtvorrichtungen, wie ultravioletten, blauen oder grünen Leuchtdioden oder ultravioletten, blauen oder grünen Laserdioden, verwendet.
  • Da es schwierig ist, Nitridhalbleiter der Gruppe III-V mittels Volumenkristallzüchtung herzustellen, werden diese Halbleiter üblicherweise durch epitaxiales Aufwachsen einer Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V auf ein Substrat, das aus einer anderen Substanz als einem Nitridhalbleiter der Gruppe III-V (wie Saphir) besteht, mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie oder dgl. hergestellt. Da sich jedoch Saphirsubstrate in Bezug auf die Gitterkonstante und den Wärmeausdehnungskoeffizienten von Nitridhalbleitern der Gruppe III-V unterscheiden, weisen Halbleiterschichten eines Nitrids der Gruppe III-V Versetzungen hoher Dichte auf. Und ferner tritt, wenn durch Züchten mehrerer Halbleiterschichten eines Nitrids der Gruppe III-V ein schichtförmiges Substrat hergestellt wird, in dem schichtförmigen Substrat ein Verziehen auf oder das schichtförmige Substrat bricht.
  • Zur Lösung dieser Probleme wird eine Halbleiterleuchtvorrichtung, wobei eine Nitridhalbleiterschicht auf einem GaN-Substrat ausgebildet ist, vorgeschlagen ( JP-A-2000-223743 ).
  • Jedoch weist eine derartige Halbleiterleuchtvorrichtung keine ausreichende Leuchtstärke auf. Im Hinblick auf eine Verbesserung der Leistung von Displays sind eine Halbleiterleuchtvorrichtung höherer Leuchtstärke und ein freitragendes Substrat zur Herstellung der Leuchtvorrichtung erforderlich.
  • Zur Lösung der obigen Probleme führten die Erfinder der vorliegenden Erfindung ausführliche Untersuchungen in Bezug auf eine Halbleiterleuchtvorrichtung hoher Leuchtstärke und ein freitragendes Substrat, um die Leuchtvorrichtung herzustellen, durch und erreichten damit die Erfindung.
  • Das heißt, die Erfindung stellt ein freitragendes Substrat, das eine Halbleiterschicht und anorganische Teilchen umfasst, wobei die anorganischen Teilchen in der Halbleiterschicht enthalten sind, bereit.
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines freitragenden Substrats bereit, das die Stufen:
    • (a) Platzieren anorganischer Teilchen auf einem Substrat,
    • (b) Züchten einer Halbleiterschicht hierauf und
    • (c) Trennen der Halbleiterschicht von dem Substrat
    in dieser Reihenfolge umfasst.
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines freitragenden Substrats bereit, das die Stufen:
    • (s1) Züchten einer Pufferschicht auf einem Substrat,
    • (a) Platzieren anorganischer Teilchen auf der Pufferschicht,
    • (b) Züchten einer Halbleiterschicht hierauf und
    • (c) Trennen der Halbleiterschicht von dem Substrat
    in dieser Reihenfolge umfasst.
  • Darüber hinaus stellt die Erfindung eine Halbleiterleuchtvorrichtung bereit, die das freitragende Substrat, eine leitende Schicht, eine lichtemittierende Schicht und Elektroden umfasst.
  • 1 zeigt eine Struktur einer Halbleiterleuchtvorrichtung.
  • 2 zeigt eine Ausführungsform eines freitragenden Substrats, an dem ein Trägerelement befestigt ist.
  • 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines freitragenden Substrats, an dem ein Trägerelement befestigt ist.
  • 4 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines freitragenden Substrats.
  • 5 zeigt ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines freitragenden Substrats.
  • 6 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines freitragenden Substrats, das die Stufe des Züchtens einer Pufferschicht umfasst.
  • 7 zeigt ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines freitragenden Substrats, das die Stufe des Züchtens einer Pufferschicht umfasst.
  • 8 zeigt ein Substrat vor dem Trennen einer Halbleiter schicht von dem Substrat gemäß der Beschreibung in Beispiel 1.
  • 9 zeigt ein freitragendes Substrat und ein Substrat nach Trennen der Halbleiterschicht von dem Substrat gemäß der Beschreibung in Beispiel 1.
  • 10 ist eine Photographie der Oberfläche eines Substrats, in dem Siliciumdioxidteilchen platziert sind, das durch das Verfahren zur Herstellung eines freitragenden Substrats gemäß der Beschreibung in Beispiel 2 erhalten wurde.
  • 11 zeigt die Struktur einer Halbleiterleuchtvorrichtung.
  • Das freitragende Substrat gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Halbleiterschicht und anorganische Teilchen. Wie in 1 gezeigt ist, wird das freitragende Substrat, das die Halbleiterschicht 22 und die anorganischen Teilchen 23 umfasst, zur Herstellung einer Verbindungshalbleitervorrichtung, wie einer Nitridhalbleiterleuchtvorrichtung 1, die eine n-Kontaktschicht 3, eine lichtemittierende Schicht 4, eine p-Kontaktschicht 5 und Elektroden 6 und 7 und kein Substrat, das aus Saphir besteht, umfasst, verwendet.
  • Die Halbleiterschicht wird üblicherweise aus einem Nitrid der Gruppe III-V und vorzugsweise einem Metallnitrid der Formel InxGayAlzN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1 und x + y + z = 1) hergestellt. Die Zusammensetzung der Halbleiterschicht kann durch Verwendung von Röntgenbeugung oder Analyse einer Schnittoberfläche des freitragenden Substrats mittels beispielsweise SEM-EDX bestimmt werden.
  • Ferner kann die Halbleiterschicht beispielsweise eine Einzelschicht, Mehrfachschicht (wie eine Dickfilmschicht und eine Übergitterdünnfilmschicht) oder eine Pufferschicht umfassen, um der Schicht die für den Betrieb der Nitridhalbleiterleuchtvorrichtung erforderliche hohe Kristallini tät zu verleihen.
  • Die anorganischen Teilchen sind in der Halbleiterschicht enthalten und sie enthalten eine anorganische Substanz, wie ein Oxid, Nitrid, Carbid, Borid, Sulfid, Selenid oder Metall. Die anorganischen Teilchen weisen einen Gehalt an einer anorganischen Substanz von üblicherweise nicht weniger als 50 Gew.-%, vorzugsweise nicht weniger als 90 Gew.-%, noch besser nicht weniger als 95 Gew.-% auf. Die Zusammensetzung der in der Halbleiterschicht enthaltenen anorganischen Teilchen kann durch Zerschneiden des freitragenden Substrats und dann Analyse der Schnittoberfläche der Halbleiterschicht mittels SEM-EDX bestimmt werden.
  • Beispiele für das Oxid umfassen Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirconiumdioxid, Titandioxid, Ceroxid, Zinkoxid, Zinnoxid und Yttriumaluminiumgranat (YAG).
  • Beispiele für das Nitrid umfassen Siliciumnitrid und Bornitrid.
  • Beispiele für das Carbid umfassen Siliciumcarbid (SiC), Borcarbid, Diamant, Graphit und Fulleren.
  • Beispiele für das Borid umfassen Zirconiumborid (ZrB2) und Chromborid (CrB2).
  • Beispiele für das Sulfid umfassen Zinksulfid, Cadmiumsulfid, Calciumsulfid und Strontiumsulfid.
  • Beispiele für das Selenid umfassen Zinkselenid und Cadmiumselenid.
  • In dem Oxid, Nitrid, Carbid, Borid, Sulfid und Selenid können das von Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff, Bor, Schwefel oder Selen verschiedene Element bzw. die anderen Elemente partiell durch ein anderes Element ersetzt sein. Beispiele für das Oxid, in dem das von Sauerstoff verschiedene Element partiell durch ein anderes Element ersetzt ist, umfassen einen Leuchtstoff aus einem Silicat oder Aluminat, der Cer oder Europium als Aktivator umfasst.
  • Beispiele für das Metall umfassen Silicium (Si), Nickel (Ni), Wolfram (W), Tantal (Ta), Chrom (Cr), Titan (Ti), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Aluminium (Al), Gold (Au), Silber (Ag) und Zink (Zn).
  • Als anorganische Teilchen können Teilchen, die aus einer der obigen anorganischen Substanzen hergestellt sind, Teilchen, die aus einem Gemisch von ausgewählten dieser Substanzen hergestellt sind, oder Teilchen, die aus einem Verbundstoff, der aus ausgewählten dieser Substanzen besteht, hergestellt sind, verwendet werden.
  • Wenn die anorganischen Teilchen aus einer anorganischen Substanz hergestellt sind, sind die anorganischen Teilchen aus vorzugsweise einem Oxid, noch besser Siliciumdioxid hergestellt. Als Gemisch wird eine Kombination von Siliciumdioxidteilchen und Teilchen des von Siliciumdioxid verschiedenen Oxids vorzugsweise verwendet und eine Kombination von Siliciumdioxidteilchen und Titandioxidteilchen noch besser verwendet. Beispiele für den Verbundstoff umfassen einen Verbundstoff, der Nitridteilchen und ein Oxid enthält, wobei das Oxid auf den Nitridteilchen vorhanden ist.
  • Die anorganischen Teilchen umfassen vorzugsweise ein Maskenmaterial zur Verwendung beim Züchten der Halbleiterschicht; noch besser ist das Maskenmaterial auf deren Oberflächen vorhanden. Wenn die Oberflächen der anorganischen Teilchen mit dem Maskenmaterial bedeckt sind, sollten vorzugsweise nicht weniger als 30% der einzelnen Oberflächen damit bedeckt sein und noch besser nicht weniger als 50% der einzelnen Oberflächen bedeckt sein. Beispiele für das Maskenmaterial umfassen Siliciumdioxid, Zirconiumdioxid, Titandioxid, Siliciumnitrid, Bornitrid, Wolfram (W), Molybdän (Mo), Chrom (Cr), Cobalt (Co), Silicium (Si), Gold (Au), Zirconium (Zr), Tantal (Ta), Titan (Ti), Niobium (Nb), Nickel (Ni), Platin (Pt), Vanadium (V), Hafnium (Hf) und Palladium (Pd), vorzugsweise Siliciumdioxid. Diese Materialien können allein oder in Kombination verwendet werden. Die Zusammensetzung des Maskenmaterials für die anorganischen Teilchen kann durch Zerschneiden der Halbleiterschichtvorrichtung und dann Analyse der Querschnitte der anorganischen Teilchen mittels SEM-EDX bestimmt werden.
  • Die anorganischen Teilchen können die Form einer Kugel (beispielsweise kreisförmiger oder elliptischer Querschnitt), eines Plättchens (beispielsweise ein Seitenverhältnis (L/T) von 1,5 bis 100, wobei L deren Länge ist und T deren Dicke ist), einer Nadel (beispielsweise ein L/W-Verhältnis von 1,5 bis 100, wobei L deren Länge ist und W deren Breite ist) oder keine definierte Form (sie können verschiedene Formen aufweisen und daher insgesamt in Bezug auf die Form ungleichförmig sein), vorzugsweise die einer Kugel aufweisen. Und ferner können die anorganischen Teilchen einen mittleren Teilchendurchmesser von üblicherweise nicht weniger als 5 nm, vorzugsweise nicht weniger als 10 nm, noch besser nicht weniger als 20 nm, üblicherweise nicht mehr als 50 μm, vorzugsweise nicht mehr als 10 μm, noch besser nicht mehr als 1 μm aufweisen. Die Einarbeitung der anorganischen Teilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser des obigen Bereichs macht es möglich, ein freitragendes Substrat zu erhalten, das als Teil einer Halbleiterleuchtvorrichtung hoher Leuchtstärke arbeitet. Die Form und der mittlere Teilchendurchmesser der anorganischen Teilchen kann aus beispielsweise einer Photographie des Querschnitts der Halbleiterschicht, die durch Zerschneiden des freitragenden Substrats und dann Photographieren des Querschnitts mit einem Elektronenmikroskop erhalten wurde, bestimmt werden.
  • Im Hinblick auf eine Verbesserung der Wärmeabgabeeigenschaft oder der Steifigkeit des freitragenden Substrats kann ein Trägerelement daran befestigt sein. Das Trägerelement kann aus einem Material hergestellt sein, das gute Wärmeabgabeeigenschaft oder hohe Steifigkeit aufweist. Beispiele für das Material umfassen ein Metall und ein Polymerharz. Und ferner kann als derartiges Metallmaterial eine Legierung, beispielsweise eine Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt, verwendet werden; als derartiges Polymerharz ein wärmehärtbares Harz oder lichthärtbares Harz verwendet werden. 2 zeigt eine Ausführungsform des freitragenden Substrats 22, an dem eine Metallplatte 101 als Trägerelement befestigt ist. 3 zeigt eine Ausführungsform des freitragenden Substrats 22, an dem ein Modul 102 für die Halbleiterleuchtvorrichtung als Trägerelement befestigt ist. Das freitragende Substrat weist eine Dicke von üblicherweise nicht weniger als 3 μm, vorzugsweise nicht weniger als 10 μm, üblicherweise nicht mehr als 500 μm, vorzugsweise nicht mehr als 100 μm, noch günstiger nicht mehr als 65 μm, noch besser nicht mehr als 45 μm auf. Bei dem freitragenden Substrat, an dem das Trägerelement befestigt ist, umfasst die Dicke des freitragenden Substrats nicht die Dicke des Trägerelements.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines freitragenden Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Stufe (a) des Platzierens der anorganischen Teilchen auf einem Substrat oder einer optionalen Pufferschicht.
  • Das Substrat ist beispielsweise aus Saphir, SiC, Si, MgAl2O4, LiTaO3, ZrB2 oder CrB2 und vorzugsweise Saphir, SiC oder Si hergestellt.
  • Das Verfahren zur Herstellung des freitragenden Substrats kann eine Stufe (s1) des Züchtens der Pufferschicht auf dem Substrat umfassen. Die Pufferschicht besteht üblicherweise aus einem Nitrid der Gruppe III-V der Formel InxGayAlzN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1 und x + y + z = 1). Die Pufferschicht kann als Einzelschicht oder mehr als eine Schicht gezüchtet werden. Die Pufferschicht kann mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE), Molekularstrahlepitaxie (MBE) oder Hydridgasphasenepitaxie (HVPE) bei einer Temperatur von 400°C bis 700°C gezüchtet werden.
  • Das Verfahren zur Herstellung des freitragenden Substrats kann eine Stufe (s2) des Züchtens einer InxGayAlzN-Schicht (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1 und x + y + z = 1) auf der Pufferschicht umfassen.
  • Die anorganischen Teilchen enthalten eine anorganische Substanz, wie ein Oxid, Nitrid, Carbid, Borid, Sulfid, Selenid oder Metall. Die anorganischen Teilchen weisen einen Gehalt an einer anorganischen Substanz von üblicherweise nicht weniger als 50 Gew.-%, vorzugsweise nicht weniger als 90 Gew.-%, noch besser nicht weniger als 95 Gew.-% auf. Die Zusammensetzung der anorganischen Teilchen kann mittels chemischer Analyse, Emissionsspektroskopie oder dgl. bestimmt werden.
  • Beispiele für das Oxid umfassen Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirconiumdioxid, Titandioxid, Ceroxid, Zinkoxid, Zinnoxid und Yttriumaluminiumgranat (YAG).
  • Beispiele für das Nitrid umfassen Siliciumnitrid und Bornitrid.
  • Beispiele für das Carbid umfassen Siliciumcarbid (SiC), Borcarbid, Diamant, Graphit und Fulleren.
  • Beispiele für das Borid umfassen Zirconiumborid (ZrB2) und Chromborid (CrB2).
  • Beispiele für das Sulfid umfassen Zinksulfid, Cadmiumsulfid, Calciumsulfid und Strontiumsulfid.
  • Beispiele für das Selenid umfassen Zinkselenid und Cadmiumselenid.
  • In dem Oxid, dem Nitrid, dem Carbid, dem Borid, dem Sulfid und dem Selenid kann das von Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff, Bor, Schwefel oder Selen verschiedene Element partiell durch ein anderes Element ersetzt sein. Beispiele für das Oxid, in dem das von Sauerstoff verschiedene Element partiell durch ein anderes Element ersetzt ist, umfassen einen Leuchtstoff aus einem Silicat oder Aluminat, der Cer oder Europium als Aktivator umfasst.
  • Beispiele für das Metall umfassen Silicium (Si), Nickel (Ni), Wolfram (W), Tantal (Ta), Chrom (Cr), Titan (Ti), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Aluminium (Al), Gold (Au), Silber (Ag) und Zink (Zn).
  • Als die anorganischen Teilchen kann ein Material verwendet werden, das durch eine Wärmebehandlung in das Oxid, Nitrid, Carbid, Borid, Sulfid, Selenid oder Metall umgewandelt wird; beispielsweise kann ein Silicon verwendet werden. Das Silicon ist ein Polymer mit einer Struktur, wobei deren Gerüst anorganische Bindungen Si-O-Si sind und organische Substituenten an den Si-Teilen vorhanden sind. Bei Erhitzen auf etwa 500°C wird ein Silicon in Siliciumdioxid umgewandelt.
  • Als die anorganischen Teilchen können Teilchen aus einer der obigen anorganischen Substanzen, Teilchen aus einem Gemisch von ausgewählten dieser Substanzen oder Teilchen aus einem Verbundstoff, der aus ausgewählten dieser Substanzen besteht, verwendet werden. Wenn die anorganischen Teilchen aus einer anorganischen Substanz hergestellt sind, sind die anorganischen Teilchen aus vorzugsweise einem Oxid, noch besser Siliciumdioxid hergestellt. Als Gemisch wird eine Kombination von Siliciumdioxidteilchen und Teilchen des von Siliciumdioxid verschiedenen Oxids vorzugsweise verwendet und eine Kombination aus Siliciumdioxidteilchen und Titandioxidteilchen noch günstiger verwendet. Beispiele für den Verbundstoff umfassen einen Verbundstoff, der Nitridteilchen und ein Oxid enthält, wobei das Oxid auf den Nitridteilchen vorhanden ist.
  • Die anorganischen Teilchen umfassen vorzugsweise ein Maskenmaterial zur Verwendung beim Züchten der Halbleiterschicht; vorzugsweise ist das Maskenmaterial auf deren Oberflächen vorhanden. Wenn die Oberflächen der anorganischen Teilchen mit dem Maskenmaterial bedeckt sind, sollten vorzugsweise nicht weniger als 30% der einzelnen Oberflächen damit bedeckt sein und noch besser nicht weniger als 50% der einzelnen Oberflächen bedeckt sein. Beispiele für das Maskenmaterial umfassen Siliciumdioxid, Zirconiumdioxid, Titandioxid, Siliciumnitrid, Bornitrid, Wolfram (W), Molybdän (Mo), Chrom (Cr), Cobalt (Co), Silicium (Si), Gold (Au), Zirconium (Zr), Tantal (Ta), Titan (Ti), Niobium (Nb), Nickel (Ni), Platin (Pt), Vanadium (V), Hafnium (Hf) und Palladium (Pd), vorzugsweise Siliciumdioxid. Diese Materialien können allein oder in Kombination verwendet wer den. Um die Oberflächen der anorganischen Teilchen mit dem Maskenmaterial zu bedecken, kann ein Verfahren wie das Bedecken der Oberflächen der Teilchen mit dem Maskenmaterial mittels Gasphasenabscheidung oder Sputtern oder Hydrolyse der Verbindung auf den Oberflächen der Teilchen verwendet werden.
  • Die anorganischen Teilchen können die Form einer Kugel (beispielsweise kreisförmiger oder elliptischer Querschnitt), eines Plättchens (beispielsweise ein Seitenverhältnis (L/T) von 1,5 bis 100, wobei L deren Länge ist und T deren Dicke ist), einer Nadel (beispielsweise ein L/W-Verhältnis von 1,5 bis 100, wobei L deren Länge ist und W deren Breite ist) oder keine definierte Form (sie können verschiedene Formen aufweisen und daher insgesamt in Bezug auf die Form ungleichförmig sein), vorzugsweise die einer Kugel aufweisen. Daher kann kugelförmiges Siliciumdioxid vorzugsweise als anorganische Teilchen verwendet werden. Als kugelförmiges Siliciumdioxid empfiehlt sich kolloides Siliciumdioxid im Hinblick auf die Verfügbarkeit von Siliciumdioxidteilchen, die monodispers sind und fast den gleichen Durchmesser aufweisen. Kolloides Siliciumdioxid ist eine Suspension, in der Siliciumdioxidteilchen in kolloider Form in einem Lösemittel (wie Wasser) dispergiert sind, und eine derartige Suspension kann durch Innenaustausch von Natriumsilicat oder Hydrolyse einer Organosiliciumverbindung, wie Tetraethylorthosilicat (TEOS), hergestellt werden. Und ferner weisen die anorganischen Teilchen einen mittleren Teilchendurchmesser von üblicherweise nicht weniger als 5 nm, vorzugsweise nicht weniger als 10 nm, noch besser nicht weniger als 0,1 μm, üblicherweise nicht mehr als 50 μm, vorzugsweise nicht mehr als 10 μm, noch besser nicht mehr als 1 μm auf. Die Einarbeitung der anorganischen Teilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser in einem der obigen Bereiche macht es möglich, ein freitragendes Substrat zu erhalten, das als Halbleiterleuchtvorrichtung, die hohe Leuchtstärke zeigt, verwendet wird.
  • Darüber hinaus beträgt, wenn eine Halbleiterleuchtvorrichtung unter Verwendung des anorganische Teilchen umfassenden freitragenden Substrats hergestellt wird, das Verhältnis d/λ (wobei d der mittlere Teilchendurchmesser (nm) der anorganischen Teilchen ist und λ die Wellenlänge (nm) von Licht der Halbleiterleuchtvorrichtung ist) üblicherweise nicht weniger als 0,01, vorzugsweise nicht weniger als 0,02, noch besser nicht weniger als 0,2, üblicherweise nicht mehr als 100, vorzugsweise nicht mehr als 30, noch besser nicht mehr als 3,0.
  • Der mittlere Teilchendurchmesser bezeichnet den volumetrischen mittleren Teilchendurchmesser, der mittels Zentrifugensedimentation ermittelt wird. Der mittlere Teilchendurchmesser kann durch ein anderes Verfahren als Zentrifugensedimentation (beispielsweise dynamische Lichtstreuung, einen Coulter Counter, Laserdiffraktometrie oder Elektronenmikroskopie) ermittelt werden; in diesem Fall ist es nur erforderlich, den mittleren Teilchendurchmesser zu kalibrieren und dann den Durchmesser in den mittels Zentrifugensedimentation ermittelten volumetrischen mittleren Teilchendurchmesser umzuwandeln. Beispielsweise wird der mittlere Teilchendurchmesser von Standardteilchen mittels Zentrifugensedimentation und ein anderes Verfahren zur Ermittlung des mittleren Teilchendurchmessers bestimmt und dann der Korrelationskoeffizient von deren unter Verwendung dieser Messverfahren ermittelten mittleren Teilchendurchmessern berechnet. Vorzugsweise wird der Korrelationskoeffizient durch Berechnen des Korrelationskoeffizienten zwischen verschiedenen Durchmessern der mehreren Standardteilchen und deren mittels Zentrifugensedimentation ermitteltem volumetrischem mittlerem Teilchendurchmesser und dann Zeichnen einer Eichkurve bestimmt. Die Verwendung der Eichkurve macht es möglich, den volumetrischen mittleren Teilchendurchmesser aus dem durch ein anderes Verfahren als Zentrifugensedimentation bestimmten mittleren Teilchendurchmesser zu bestimmen.
  • Das Platzieren der anorganischen Teilchen kann durch beispielsweise ein Verfahren des Tauchens des Substrats in eine Aufschlämmung, die aus der anorganischen Substanz und einem Medium besteht, oder ein Verfahren der Applikation oder des Aufsprühens der Aufschlämmung auf das Substrat und dann Trocknens der Aufschlämmung durchgeführt werden. Beispiele für das Medium umfassen Wasser, Methanol, Ethanol, Isopropanol, n-Butanol, Ethylenglykol, Dimethylacetamid, Methylethylketon und Methylisobutylketon, vorzugsweise Wasser. Die Applikation wird vorzugsweise durch Schleuderbeschichtung durchgeführt, die eine gleichförmige Platzierungsdichte der anorganischen Teilchen ermöglicht. Das Trocknen kann unter Verwendung eines Spinners durchgeführt werden.
  • Der Bedeckungsgrad der anorganischen Teilchen bei dem Substrat kann durch den folgenden Ausdruck bestimmt werden: Bedeckungsgrad (%) = ((d/2)2 x π·P·100)/Sworin d für den mittleren Teilchendurchmesser der anorganischen Teilchen steht und P für die Zahl der Teilchen in einem Gesichtsfeld (Fläche S), das vermessen wird, wenn die Oberfläche des Substrats, in dem die anorganischen Teilchen platziert sind, von oben unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (REM) betrachtet wird, steht.
  • Wenn die anorganischen Teilchen aus einer anorganischen Substanz bestehen, beträgt der Bedeckungsgrad der anorgani schen Teilchen bei dem Substrat üblicherweise nicht weniger als 1%, vorzugsweise nicht weniger als 30%, noch besser nicht weniger als 50%, üblicherweise nicht mehr als 95%, vorzugsweise nicht mehr als 90%, noch besser nicht mehr als 80%.
  • Im Hinblick auf epitaxiales Aufwachsen einer Halbleiterschicht, die eben ist, werden die anorganischen Teilchen üblicherweise auf dem Substrat als Einzelschicht platziert und daher werden beispielsweise nicht weniger als 90% der anorganischen Teilchen als Einzelschicht darauf platziert. Jedoch können die Teilchen darauf als mehr als eine Schicht platziert werden, vorausgesetzt die Halbleiterschicht wächst epitaxial und eben auf; daher können eine Art der anorganischen Teilchen darauf als mindestens zwei Schichten platziert werden oder mindestens zwei Arten der anorganischen Teilchen jeweils darauf als Einzelschicht platziert werden. Wenn mindestens zwei Arten der anorganischen Teilchen, wie Titandioxidteilchen und Siliciumdioxidteilchen, darauf platziert werden, beträgt der Bedeckungsgrad der als erstes platzierten anorganischen Teilchen (beispielsweise Titandioxidteilchen) bei dem Substrat üblicherweise nicht weniger als 1%, vorzugsweise nicht weniger als 30%, üblicherweise nicht mehr als 95%, vorzugsweise nicht mehr als 90%, noch besser nicht mehr als 80%. Der Bedeckungsgrad der anorganischen Teilchen, die zum zweiten Zeitpunkt und anschließenden Zeitpunkten platziert werden, (beispielsweise Siliciumdioxidteilchen) bei dem Substrat beträgt üblicherweise nicht weniger als 1%, vorzugsweise nicht weniger als 30%, noch besser nicht weniger als 50%, üblicherweise nicht mehr als 95%, vorzugsweise nicht mehr als 90%, noch besser nicht mehr als 80%.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung umfasst ferner eine Stufe (b) des Züchtens einer Halbleiterschicht auf der in der Stufe (a) gezüchteten Schicht.
  • Die Halbleiterschicht besteht aus beispielsweise einem Nitrid der Gruppe III-V der Formel InxGayAlzN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1 und x + y + z = 1). Die Halbleiterschicht kann als Einzelschicht oder mehr als eine Schicht gezüchtet werden.
  • Ferner kann die Halbleiterschicht entweder eine Halbleiterschicht, bei der eine Facettenstruktur ausgebildet ist, oder eine, bei der keine Facettenstruktur ausgebildet ist, sein; wenn der Bedeckungsgrad der anorganischen Teilchen hierfür hoch ist, ist eine Halbleiterschicht, bei der die Facettenschicht ausgebildet ist, bevorzugt. Die Halbleiterschicht, bei der die Facettenstruktur ausgebildet ist, lässt sich ohne weiteres einebnen.
  • In Fällen, in denen die Halbleiterschicht gezüchtet wird, während die Facettenstruktur ausgebildet wird, hängt die bevorzugte Zusammensetzung der Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V vom Durchmesser und dem Platzierungsstatus der anorganischen Teilchen ab; wenn der Bedeckungsgrad der anorganischen Teichen hierfür hoch ist, ist es bevorzugt, wenn deren Al-Gehalt hoch ist. Jedoch wird für den Fall, dass eine eingebettete Schicht eine GaN-Schicht oder eine AlGaN-Schicht mit einem Al-Gehalt, der niedriger als der Al-Gehalt in der Facettenstruktur ist, ist, wenn der Al-Gehalt der Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V zu hoch ist, die Gitternichtübereinstimmung zwischen der eingebetteten Schicht und der Facettenstruktur groß, was Risse und Versetzungen im Substrat verursachen kann.
  • Der Al-Gehalt in der Facettenstruktur kann auf der Basis des Durchmessers und des Platzierungsstatus der anorgani schen Teilchen derart reguliert werden, dass ein Kristall gebildet wird, der nicht gesprungen ist und von hervorragender Kristallinität ist. Beispielsweise ist es, wenn der Bedeckungsgrad der anorganischen Teilchen hierfür über 50% beträgt, günstig, die Halbleiterschicht mit der Facettenstruktur der Formel AldGa1-dN [0 < d < 1] zu züchten und die Halbleiterschicht mit der Facettenstruktur der Formel AldGa1-dN [0,01 ≤ d ≤ 0,5] (der Molenbruch Al/N liegt im Bereich von 1,0% bis 50%) zu züchten.
  • Die Züchtungstemperatur einer Facettenstruktur beträgt üblicherweise nicht weniger als 700°C, vorzugsweise nicht weniger als 750°C, üblicherweise nicht mehr als 1000°C, vorzugsweise nicht mehr als 950°C. Für den Fall, dass die Pufferschicht auf dem Substrat gezüchtet wird, liegt die Züchtungstemperatur für die Halbleiterschicht mit der Facettenstruktur vorzugsweise zwischen der Züchtungstemperatur für die Pufferschicht und der Züchtungstemperatur für die eingebettete Schicht. Die Facettenschicht kann als Einzelschicht oder mehr als eine Schicht gezüchtet werden.
  • Das Züchten der Halbleiterschicht mit der Facettenstruktur kann mittels epitaxialem Aufwachsen, wie metallorganische Gasphasenepitaxie (MOVPE), Mole kularstrahlepitaxie (MBE) oder Hydridgasphasenepitaxie (HVPE), durchgeführt werden.
  • Wenn die Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V mittels MOVPE gezüchtet wird, kann das Züchten durch ein Verfahren durchgeführt werden, wobei ein Material der Gruppe III und ein Material der Gruppe V in einen Reaktor unter Verwendung eines Trägergases eingeführt werden.
  • Beispiele für das Material der Gruppe III umfassen:
    ein Trialkylgallium der Formel R1R2R3Ga [worin R1, R2 und R3 Niederalkylgruppen sind], wie Trimethylgallium [TMG, (CH3)3Ga] und Triethylgallium [TEG, (C2H5)3Ga];
    ein Trialkylaluminium der Formel R1R2R3Al [worin R1, R2 und R3 Niederalkylgruppen sind], wie Trimethylaluminium [TMA, (CH3)3Al] und Triethylaluminium [TEA, (C2H5)3Al] und Triisobutylaluminium [(i-C4H9)3Al];
    ein Trimethylaminallan [(CH3)3N:AlH3];
    ein Trialkylindium der Formel R1R2R3In [worin R1, R2 und R3 Niederalkylgruppen sind], wie Trimethylindium [TMI, (CH3)3In] und Triethylindium [(C2H5)3In];
    Verbindungen, die durch Eretzen von einer oder zwei Alkylgruppen von einem Trialkylindium durch ein oder zwei Halogenatome erhalten werden, wie Diethylindiumchlorid [(C2H5)2InCl]; und
    ein Indiumhalogenid der Formel InX [worin X ein Halogenatom ist], wie Indiumchlorid (InCl3).
  • Diese Materialien können allein oder in Kombination verwendet werden.
  • Von den Materialien der Gruppe III ist TMG als Galliumquelle bevorzugt, TMA als Aluminiumquelle bevorzugt und TMI als Indiumquelle bevorzugt.
  • Beispiele für das Material der Gruppe V umfassen Ammoniak, Hydrazin, Methylhydrazin, 1,1-Dimethylhydrazin, 1,2-Dimethylhydrazin, tert-Butylamin und Ethylendiamin. Diese Materialien können allein oder in Kombination verwendet werden. Von den Materialien der Gruppe V sind Ammoniak und Hydrazin bevorzugt; Ammoniak stark bevorzugt.
  • Beispiele für ein als n-Dotierungsstoff verwendetes Element umfassen Si und Ge. Beispiele für ein als n-Dotierungsstoff verwendetes Material umfassen Silan, Disilan, German und Tetramethylgermanium.
  • Beispiele für ein als p-Dotierungsstoff verwendetes Element umfassen Mg, Zn, Cd, Ca und Be; wobei Mg und Ca bevorzugt sind. Beispiele für ein als p-Dotierungsstoff verwendetes Mg-Material umfassen Bis(cyclopentadienyl)magnesium [(C5H4)2Mg], Bis(methylcyclopentadienyl)magnesium [(C5H4CH3)2Mg] und Bis(ethylcyclopentadienyl)magnesium [(C5H4C2H5)2Mg]. Beispiele für ein als p-Dotierungsstoff verwendetes Ca-Material umfassen Bis(cyclopentadienyl)calcium [(C5H5)2Ca] und dessen Derivate, wie Bis(methylcyclopentadienyl)calcium [(C5H4CH3)2Ca], Bis(ethylcyclopentadienyl)calcium [(C5H4C2H5)2Ca] und Bis(perfluorcyclopentadienyl)calcium [(C5F5)2Ca]; Di-(1-naphthalinyl)calcium und dessen Derivate; und Calciumacetylid und dessen Derivate, wie Bis(4,4-difluor-3-buten-l-inyl)calcium und Bis(phenylethinyl)calcium. Diese Materialien können allein oder in Kombination verwendet werden.
  • Beispiele für ein atmosphärisches Gas und das Trägergas für die beim Züchten verwendeten Materialien umfassen Stickstoff, Wasserstoff, Argon und Helium, vorzugsweise Wasserstoff und Helium. Diese Gase können allein oder in Kombination verwendet werden.
  • Der Reaktor weist üblicherweise einen Suszeptor und eine Leitung, durch die die Materialien von einem Lagerungsbehälter in den Reaktor eingeführt werden, auf. Der Suszeptor ist eine Vorrichtung zum Erhitzen des Substrats und er befindet sich im Reaktor; und ferner wird der Suszeptor üblicherweise mit Antriebskraft rotiert, um die Halbleiterschicht gleichförmig zu züchten. Der Suszeptor weist im Inneren eine Heizeinheit, wie eine Infrarotlampe, auf. Durch die Bereitstellung der Heizeinheit werden die durch die Leitung in den Reaktor eingeführten Materialien auf dem Substrat pyrolysiert, wobei eine Halbleiterschicht auf dem Substrat gezüchtet wird. Von den in den Reaktor eingeführ ten Materialien wird nicht umgesetztes Material üblicherweise durch eine Abgasleitung aus dem Reaktor nach außen ausgetragen und dann zu einer Abgasbehandlungseinheit transportiert.
  • Wenn die Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V durch HVPE gezüchtet wird, kann das Züchten durch ein Verfahren durchgeführt werden, wobei ein Material der Gruppe III und ein Material der Gruppe V unter Verwendung eines Trägergases in den Reaktor eingeführt werden.
  • Beispiele für das Material der Gruppe III umfassen ein Galliumchloridgas, das durch Umsetzung von Gallium und Chlorwasserstoffgas bei erhöhter Temperatur gebildet wird, und ein Indiumchloridgas, das durch Umsetzung von Indium und Chlorwasserstoffgas bei erhöhter Temperatur gebildet wird.
  • Beispiele für das Material der Gruppe V umfassen Ammoniak.
  • Beispiele für das Trägergas umfassen Stickstoff, Wasserstoff, Argon und Helium; wobei Wasserstoff und Helium bevorzugt sind. Diese Gase können allein oder in Kombination verwendet werden.
  • Darüber hinaus kann, wenn die Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V durch MBE gezüchtet wird, das Züchten unter Verwendung eines Verfahrens durchgeführt werden, wobei ein Material der Gruppe III und ein Material der Gruppe V unter Verwendung eines Trägergases in den Reaktor eingeführt werden.
  • Beispiele für das Material der Gruppe III umfassen Metalle wie Gallium, Aluminium und Indium.
  • Beispiele für das Material der Gruppe V umfassen Gase wie Stickstoff und Ammoniak.
  • Beispiele für das Trägergas umfassen Stickstoff, Wasserstoff, Argon und Helium; wobei Wasserstoff und Helium bevorzugt sind. Diese Gase allein oder in Kombination verwendet werden.
  • In der Stufe (b) beginnt die Halbleiterschicht üblicherweise derart zu wachsen, dass deren Züchtungsbereich an einer Stelle, an der keine anorganischen Teilchen platziert sind, wächst. Dann wird die Facettenstruktur ausgebildet.
  • Ferner kann die Oberfläche der Halbleiterschicht in der Stufe (b) eingeebnet werden; beispielsweise kann das Einebnen durch Einbetten der Facettenstruktur des Substrats, die durch Wachsen der Halbleiterschicht unter Ausbilden der Facettenstruktur in der Schicht gebildet wird, durch die Förderung von deren seitlichem Wachstum durchgeführt werden. Durch derartiges Züchten werden Versetzungen, die die Facetten erreicht haben, seitwärts gebogen und die anorganischen Teilchen in der Halbleiterschicht eingebettet, was Kristalldefekte in der Halbleiterschicht verringert.
  • Darüber hinaus können, wenn die Pufferschicht in der Stufe (s1) gezüchtet wird, Hohlräume in dem Bereich anorganischer Teilchen und dem Substratbereich der Pufferschicht in der Stufe (b) aufgrund des Ätzens des Trägergases (Wasserstoff) und des Materials (Ammoniak) auf der Pufferschicht ausgebildet werden.
  • Die in der Stufe (b) gezüchtete Halbleiterschicht weist eine Dicke von üblicherweise nicht weniger als 3 μm, vorzugsweise nicht weniger als 10 μm, üblicherweise nicht mehr als 500 μm, vorzugsweise nicht mehr als 100 μm, noch günstiger nicht mehr als 65 μm, noch besser nicht mehr als 45 μm auf.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung umfasst ferner die Stufe (c) des Entfernens des Substrats.
  • Das Entfernen kann durch ein Verfahren des Entfernens des Substrats von dem in der Stufe (b) gebildeten Halbleiterschichtsubstrat durch die Verwendung von entweder physikalischen Mitteln, wie innere Belastungen oder äußere Belastungen, oder chemischen Mitteln, wie Ätzen, durchgeführt werden.
  • Das Entfernen kann beispielsweise durch ein Verfahren des Kühlens der in der Stufe (b) gezüchteten Halbleiterschicht, um eine thermische Belastung (innere Belastung) durch die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Substrat und der Halbleiterschicht zu induzieren, durchgeführt werden.
  • Das Entfernen kann mittels Polieren oder Laserabhebung durchgeführt werden. Bei diesem Verfahren kann Polieren oder dgl. durchgeführt werden, nachdem ein starres Trägersubstrat an der Halbleiterschicht befestigt wurde.
  • Ferner kann das Entfernen durch ein Verfahren des Fixierens von einer Seite des Substrats oder der Halbleiterschicht und dann des Ausübens einer äußeren Kraft auf die nichtfixierte andere Seite durchgeführt werden.
  • Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung können die Stufen (a) und (b) wiederholt durchgeführt werden. Als Stufe (a) können eine Teilstufe (a1) des Platzierens anorganischer Teilchen und eine Teilstufe (a2) des Platzierens eines anderen Typs anorganischer Teilchen nach der Teilstufe (a1) durchgeführt werden. In diesem Fall sind die in der Teilstufe (a1) verwendeten anorganischen Teilchen beispielsweise Titandioxidteilchen und die in der Teilstufe (a2) verwendeten anorganischen Teilchen beispielsweise Siliciumdioxidteilchen.
  • Darüber hinaus können als Stufe (b) eine Stufe (b1) des Züchtens einer Halbleiterschicht auf den in der Stufe (a) platzierten Teilchen und eine Stufe (b2) des Züchtens einer weiteren Halbleiterschicht auf der in der Stufe (b1) ausgebildeten Halbleiterschicht durchgeführt werden. Durch wiederholtes Durchführen der Stufen (a) und (b) wird ein freitragendes Substrat erhalten, das zur Herstellung einer Halbleiterleuchtvorrichtung hoher Leuchtstärke geeignet ist.
  • Das Verfahren zur Herstellung eines freitragenden Substrats gemäß der Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf 4 erläutert.
  • Wie in 4(a) gezeigt ist, werden die anorganischen Teilchen 23 auf der Oberfläche 21A eines Substrats 21 platziert. Wie oben beschrieben kann die Platzierung der anorganischen Teilchen 23 durch das Verfahren des Tauchens des Substrats 21 in eine Aufschlämmung, die durch Dispergieren der anorganischen Teilchen 23 in einem Medium (wie Wasser, Methanol, Ethanol, Isopropanol, n-Butanol, Ethylenglykol, Dimethylacetamid, Methylethylketon, Methylisobutylketon oder dgl.) hergestellt wird, und dann Trocknens der Aufschlämmung oder das Verfahren der Applikation oder des Aufsprühens der Aufschlämmung auf die Oberfläche 21A des Substrats 21 und dann Trocknens der Aufschlämmung durchgeführt werden.
  • Dann wird ein Nitridhalbleiter der Gruppe III-V auf das Substrat 21 derart epitaxial aufwachsen gelassen, dass die auf dem Substrat 21 platzierten anorganischen Teilchen 23 eingebettet werden, wodurch eine die anorganischen Teilchen enthaltende Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V gezüchtet wird. Die anorganischen Teilchen 23 wirken üblicherweise als Maske beim Züchten des Nitridhalbleiters der Gruppe III-V und daher wird ein Bereich, in dem keine anorganischen Teilchen 23 platziert sind, als Züchtungsregion 21B der Halbleiterschicht verwendet. Wie in 4(b) gezeigt ist, beginnt, wenn die Materialien zugeführt werden, der Nitridhalbleiter der Gruppe III-V in der Züchtungsregion 21B durch dessen epitaxiales Aufwachsen zu wachsen und er wächst dann derart weiter, dass die anorganischen Teilchen 23 unter Ausbildung der Facettenstruktur eingebettet werden. Wie in 4(c) gezeigt ist, wird das seitliche Wachstum der Halbleiterschicht danach gefördert, wodurch die Facettenstruktur darin eingebettet wird und die Schicht selbst eingeebnet wird. Dann wird eine Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V 22B gezüchtet, wodurch ein Halbleiterschichtsubstrat eines Nitrids der Gruppe III-V 22D erhalten wird. Kristalldefekte in dem erhaltenen Halbleiterschichtsubstrat eines Nitrids der Gruppe III-V 22D sind signifikant verringert.
  • Ferner kann, wie in 5 gezeigt ist, nachdem anorganische Teilchen 24 auf dem Halbleiterschichtsubstrat eines Nitrids der Gruppe III-V 22B platziert sind, ein Nitridhalbleiter der Gruppe III-V unter Verwendung der anorganischen Teilchen 24 als Maske zur Ausbildung einer Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V 25 gezüchtet werden. Die Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V 25 kann entweder eine undotierte Schicht oder eine fremdatomdotierte Schicht sein.
  • Wie in 4(c) gezeigt ist, sind beim Züchten des Nitridhalbleiters der Gruppe III-V auf dem Substrat 21, auf dem die anorganischen Teilchen 23 platziert sind, die anorganischen Teilchen 23 nahe einer Grenzfläche zwischen dem Substrat 21 und einer Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V 22C vorhanden; um genauer zu sein, sind die anorganischen Teilchen 23 von der Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V 22 umgeben und ein Teil der Teilchen 23 steht mit dem Substrat 21 an der Grenzfläche zwischen dem Substrat 21 und der Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V 22B in Kontakt.
  • Die Bindungsfestigkeit zwischen dem Substrat 21 und der Halbleiterkristallschicht eines Nitrids der Gruppe III-V 22B des Halbleiterschichtsubstrats eines Nitrids der Gruppe III-V 22D ist niedriger als die zwischen einem Substrat und einer ohne Platzieren der anorganischen Teilchen 23 ausgebildeten Halbleiterkristallschicht eines Nitrids der Gruppe III-V.
  • Wenn die Dicke einer Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V 22C erhöht wird, besteht die Tendenz, dass eine innere Belastung, die durch die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten und dgl. zwischen dem Substrat 21 und der Halbleiterkristallschicht eines Nitrids der Gruppe III-V 22B hervorgerufen wird, oder eine äußere Belastung intensiv auf die Grenzfläche zwischen dem Substrat 21 und der Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V 22C wirkt. Beispielsweise wirken, wie in 4(d) gezeigt ist, diese Belastungen als eine Belastung (Scherbelastung oder dgl.), die auf die Grenzfläche zwischen diesen ausgeübt wird. Wenn der Belastungsgrad höher als der der Bindungskraft wird, erfolgt ein Bruch nahe oder an der Grenzfläche zwischen dem Substrat 21 und der Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V 22C, wodurch das Substrat 21 von dieser entfernt wird und daher ein freitragendes Substrat 22 erhalten wird. Die Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V 22C weist eine Dicke von üblicherweise nicht weniger als 3 μm, vorzugsweise 10 μm, üblicherweise nicht mehr als 500 μm, vorzugsweise nicht mehr als 100 μm, noch günstiger nicht mehr als 65 μm und noch besser nicht mehr als 45 μm auf.
  • Wenn die Facettenstruktur ausgebildet wird, kann die Pufferschicht auf dem Substrat gezüchtet werden und die anorganischen Teilchen können auf der Pufferschicht platziert werden. Als Pufferschicht wird ein Legierungshalbleiter aus InN, AlN und GaN beispielsweise verwendet; daher kann eine Verbindung der Formel InxGayAlzN (x + y + z = 1, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und 0 ≤ z ≤ 1) verwendet werden.
  • Das Verfahren zur Herstellung des freitragenden Substrats, das die Stufe des Ausbildens der Pufferschicht umfasst, ist im folgenden unter Bezug auf 6 erläutert. Nach dem Züchten der Pufferschicht 26 auf dem Substrat 21, wie in 6(a) und 6(b) gezeigt ist, werden die anorganischen Teilchen 23 auf der Pufferschicht 26 platziert wie in 6(c) gezeigt ist.
  • Dann wird ein Nitridhalbleiter der Gruppe III-V epitaxial auf die Pufferschicht 26 derart aufwachsen gelassen, dass die anorganischen Teilchen 23 im Halbleiter eingebettet werden. Wie in 6(d) gezeigt ist, wächst, wenn Materialien zum epitaxialen Aufwachsen des Nitridhalbleiters der Gruppe III-V zugeführt werden, der Nitridhalbleiter derart, dass die anorganischen Teilchen darin eingebettet werden, während eine Facettenstruktur ausgebildet wird. Danach wird, wie in 6(e) gezeigt ist, das seitliche Wachstum des Nitridhalbleiters der Gruppe III-V zur Einbettung der Facettenstruktur in diesen und zum Einebnen des Halbleiters selbst gefördert, wodurch die Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V 22B gezüchtet wird. Und ferner kann, wie in 7 gezeigt ist, eine weitere Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V 25 auf der Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V 22B gezüchtet werden. Dann werden, wie in 6(f) gezeigt ist, das Substrat 21 oder sowohl das Substrat 21 als auch die Pufferschicht 26 (in 6(f) nicht gezeigt) aufgrund von inneren Belastungen oder äußeren Belastungen entfernt, wodurch das freitragende Substrat erhalten wird.
  • Eine Halbleiterleuchtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das freitragende Substrat, leitende Schichten, eine lichtemittierende Schicht und Elektroden. Die Halbleiterleuchtvorrichtung weist allgemein eine doppelte Heterostruktur auf, sie umfasst das freitragende Substrat, die leitende Schicht des n-Typs, die lichtemittierende Schicht und die leitende Schicht des p-Typs in dieser Reihenfolge und sie umfasst die Elektroden.
  • Die leitende Schicht des n-Typs ist eine n-Kontaktschicht, die aus beispielsweise einem Nitrid der Gruppe III-V der Formel InxGayAlzN (x + y + z = 1, 0 ≤ x < 1, 0 < y ≤ 1 und 0 z < 1) hergestellt ist. Die n-Kontaktschicht weist eine n-Ladungsträgerkonzentration von vorzugsweise nicht weniger als 1 × 1018, nicht mehr als 1 × 1019 cm–3 im Hinblick auf eine Verringerung der Betriebsspannung für die Halbleiterleuchtvorrichtung auf. Im Hinblick auf eine Verstärkung der Kristallinität der n-Kontaktschicht weist die n-Kontaktschicht einen In-Gehalt von üblicherweise nicht höher als 5% (d.h. x ≤ 0,05), vorzugsweise nicht höher als 1% und einen Al-Gehalt von üblicherweise nicht höher als 5% (d.h. z ≤ 0,05), vorzugsweise nicht höher als 1% auf. Die n-Kontaktschicht ist vorzugsweise aus GaN hergestellt.
  • Die lichtemittierende Schicht weist eine Barriereschicht der Formel InxGayAlzN (x + y + z = 1, 0 ≤ x < 1, 0 < y ≤ 1 und 0 ≤ z < 1) und eine Quantentopfstruktur mit einer Topfschicht der Formel InxGayAlzN (x + y + z = 1, 0 ≤ x < 1, 0 < y ≤ 1 und 0 ≤ z < 1) auf. Die Quantentopfstruktur kann eine einzelne oder eine mehrfache sein.
  • Die leitende Schicht des p-Typs ist beispielsweise eine p-Kontaktschicht, die aus einem Nitrid der Gruppe III-V der Formel InxGayAlzN (x + y + z = 1, 0 ≤ x < 1, 0 < y ≤ 1 und 0 z < 1) hergestellt ist. Die p-Kontaktschicht weist eine p-Ladungsträgerkonzentration von nicht niedriger als 5 × 1015 cm–3, vorzugsweise nicht niedriger als 1 × 1016, nicht mehr als 5 × 1019 cm–3 im Hinblick auf eine Verringerung der Betriebsspannung für die Halbleiterleuchtvorrichtung auf. Im Hinblick auf eine Verringerung des Kontaktwiderstands weist die p-Kontaktschicht einen Al-Gehalt von üblicherweise nicht höher als 5% (d.h. x ≤ 0,05), vorzugsweise nicht höher als 1% auf. Die p-Kontaktschicht ist vorzugsweise aus GaAlN oder GaN und noch besser aus GaN hergestellt.
  • Die Elektroden sind eine negative Elektrode und eine positive Elektrode. Die negative Elektrode steht in Kontakt mit der n-Kontaktschicht. Die negative Elektrode ist aus beispielsweise einer Legierung oder einer Verbindung, die mindestens ein Element, das aus der Gruppe von Al, Ti und V ausgewählt ist, als Hauptkomponente umfasst, hergestellt und vorzugsweise aus Al, TiAl oder VAl hergestellt. Die positive Elektrode steht in Kontakt mit der p-Kontaktschicht. Die positive Elektrode ist aus beispielsweise NiAu oder ITO hergestellt.
  • Die Halbleiterleuchtvorrichtung kann eine Schicht, die aus einem Nitrid der Gruppe III-V der Formel InxGayAlzN (x + y + z = 1, 0 ≤ x < 1, 0 < y ≤ 1 und 0 ≤ z < 1) hergestellt ist, zwischen der n-Halbleiterschicht und der lichtemittierenden Schicht umfassen. Die Schicht eines Nitrids der Gruppe III-V kann als Einzelschicht oder Mehrfachschicht, die aus Schichten unterschiedlicher Zusammensetzungen und Ladungsträgerkonzentrationen besteht, gezüchtet werden.
  • Darüber hinaus kann die Halbleiterleuchtvorrichtung eine Schicht, die aus einem Nitrid der Gruppe III-V der Formel InxGayAlzN (x + y + z = 1, 0 ≤ x < 1, 0 < y ≤ 1 und 0 ≤ z < 1) hergestellt wurde und vorzugsweise aus AlGaN hergestellt wurde, zwischen der lichtemittierenden Schicht und der p-Kontaktschicht umfassen. Die AlGaN-Schicht kann vom entweder p-Typ oder n-Typ sein. Wenn die AlGaN-Schicht vom n-Typ ist, ist deren Ladungsträgerkonzentration nicht höher als 1 × 1018 cm–3, vorzugsweise nicht höher als 1 × 1017 cm–3 und noch besser nicht höher als 5 × 1016 cm–3.
  • Ferner kann die Halbleiterleuchtvorrichtung eine Schicht, die aus einem Nitrid der Formel InxGayAlzN (x + y + z = 1, 0 ≤ x < 1, 0 < y ≤ 1 und 0 ≤ z < 1) hergestellt ist und die eine niedrigere Raumladungsdichte als die AlGaN-Schicht aufweist, zwischen der p-Kontaktschicht und der AlGaN-Schicht umfassen.
  • Wie in 1 gezeigt ist, weist die Halbleiterleuchtvorrichtung 1 eine Struktur auf, bei der beispielsweise die n-Kontaktschicht 3, die lichtemittierende Schicht 4 und die p-Kontaktschicht 5 auf dem freitragenden Substrat eines Nitrids der Gruppe III-V 22, das die anorganischen Teilchen 23 umfasst, in dieser Reihenfolge ausgebildet sind. Die negative Elektrode 6 ist auf der n-Kontaktschicht 3 ausgebildet und die positive Elektrode 7 ist auf der p-Kontaktschicht 5 ausgebildet.
  • Die n-Kontaktschicht 3, die lichtemittierende Schicht 4 und die p-Kontaktschicht 5 können mittels MOVPE, HVPE, MBE oder dgl. gezüchtet werden. Bei MOVPE kann beispielsweise das Züchten durch Platzieren des freitragenden Substrats 22 in dem Reaktor, Züchten der einzelnen Schichten durch Zuführen der einzelnen organometallischen Materialien und, falls nötig, der einzelnen Dotierungsmaterialien unter Regulieren der jeweiligen Durchflussrate und dann Wärmebehandeln der Schichten durchgeführt werden. Beispielsweise liegt die Züchtungstemperatur für die n-Kontaktschicht 3 im Bereich von 850°C bis 1100°C, die für die lichtemittierende Schicht 4 im Bereich von 600°C bis 1000°C und die für die p-Kontaktschicht 5 üblicherweise im Bereich von 800°C bis 1100°C.
  • Die folgenden Beispiele erläutern die vorliegende Erfindung detaillierter, sie beschränken jedoch den Umfang der Erfindung nicht.
  • Beispiel 1
  • Herstellung eines freitragenden Substrats
  • Als Substrat 31 wurde ein spiegelglanzpoliertes c-Ebene-Saphirsubstrat verwendet. Als Material für Siliciumdioxidteilchen 32 wurde kolloides Siliciumdioxid (Handelsbezeichnung "SEAHOSTAR KE-W50", hergestellt von Nippon Shokubai Co., Ltd., mittlerer Teilchendurchmesser: 550 nm) verwendet. Diese Bezugszahlen beruhen auf 8. Das Substrat 31 wurde auf einen Spinner gesetzt, kolloides Siliciumdioxid, das derart verdünnt wurde, dass es einen Siliciumdioxidgehalt von 10 Gew.-% aufwies, wurde auf das Substrat 31 appliziert und die kolloide Suspension wurde schleudergetrocknet, wobei die Siliciumdioxidteilchen 32 auf dem Substrat 31 platziert wurden. Bei Betrachtung unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops waren die Siliciumdioxidteilchen 32 als Einzelschicht platziert und der Bedeckungsgrad der Siliciumdioxidteilchen 32 auf der Oberfläche des Substrats 31 betrug 36%.
  • Eine Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V wurde durch MOVPE unter atmosphärischem Druck und das folgende Verfahren zum Züchten der die Siliciumdioxidteilchen 32 enthaltenden Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V hierauf epitaxial aufwachsen gelassen.
  • Eine GaN-Pufferschicht 33 mit einer Dicke von etwa 500 Å wurde auf dem Substrat 31 unter den Bedingungen eines Drucks von 1 atm, einer Suszeptortemperatur von 485°C durch Zuführen eines Trägergases, das Wasserstoff ist, von Ammoniak und TMG gezüchtet. Eine nichtdotierte GaN-Schicht 34 wurde auf der GaN-Pufferschicht 33 durch Erhitzen auf eine Suszeptortemperatur von 900°C und Zuführen des Trägergases, von Ammoniak und TMG gezüchtet. Ferner wurde die nichtdotierte GaN-Schicht 34 durch Erhitzen auf eine Suszeptortemperatur von 1040°C, Senken des Reaktordrucks auf ein Viertel von atmosphärischem Druck und Zuführen des Trägergases, von Ammoniak und TMG gezüchtet. Danach wurde die Suszeptortemperatur von 1040°C auf Raumtemperatur gekühlt, wobei ein freitragendes Substrat (GaN-Einkristall, Dicke: 45 μm), das die die Siliciumdioxidteilchen 32 enthaltende Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V umfasste, erhalten wurde. Die Trennung wurde zwischen dem Substrat 31 und den Siliciumdioxidteilchen 32 (an einer Oberfläche, die die unteren Bereiche der Siliciumdioxidteilchen 32 und den unteren Teil der GaN-Pufferschicht 33 umfasste, wie in 9 gezeigt ist) erreicht.
  • Beispiel 2
  • Die Operation gemäß "Herstellung eines freitragenden Substrats" von Beispiel 1 wurde durchgeführt, wobei jedoch ein kolloides Siliciumdioxid, das so verdünnt wurde, dass es einen Siliciumdioxidgehalt von 13 Gew.-% aufwies, zur Gewinnung eines freitragenden Substrats verwendet wurde. Der Bedeckungsgrad der Siliciumdioxidteilchen auf der Oberfläche des Substrats betrug 55%. Eine Photographie des Substrats, auf dem die Siliciumdioxidteilchen platziert sind, ist in 10 gezeigt. Auch in diesem Beispiel wurde die Trennung zwischen dem Substrat 31 und den Siliciumdioxidteilchen 32 erreicht.
  • Beispiel 3
  • Herstellung eines freitragenden Substrats
  • Als Substrat wurde ein spiegelglanzpoliertes c-Ebene-Saphirsubstrat verwendet. Als Material für Siliciumdioxidteilchen wurde kolloides Siliciumdioxid (Handelsbezeichnung "MP-1040", hergestellt von Nissan Chemical Industries Ltd., mittlerer Teilchendurchmesser: 100 nm) verwendet. Das Substrat wurde auf einen Spinner gesetzt, kolloides Siliciumdioxid, das derart verdünnt wurde, dass es einen Siliciumdioxidgehalt von 10 Gew.-% aufwies, wurde auf das Substrat appliziert und die kolloide Suspension wurde schleudergetrocknet, wobei die Siliciumdioxidteilchen auf dem Substrat platziert wurden. Der Bedeckungsgrad der Siliciumdioxidteilchen auf der Oberfläche des Substrats betrug 55%.
  • Eine Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V wurde durch MOVPE unter atmosphärischem Druck und das folgende Verfahren zum Züchten der die Siliciumdioxidteilchen enthaltenden Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V hierauf epitaxial aufwachsen gelassen.
  • Eine GaN-Pufferschicht mit einer Dicke von etwa 500 Å wurde auf dem Substrat unter den Bedingungen eines Drucks von 1 atm, einer Suszeptortemperatur von 485°C durch Zuführen eines Trägergases, das Wasserstoff ist, von Ammoniak und TMG gezüchtet. Eine nichtdotierte AlGaN-Schicht wurde auf der GaN-Pufferschicht durch Erhitzen auf eine Suszeptortemperatur von 800°C und Zuführen des Trägergases, von Ammoniak, TMA und TMG gezüchtet. Eine nichtdotierte GaN-Schicht wurde durch Erhitzen auf eine Suszeptortemperatur von 1040°C, Senken des Reaktordrucks auf ein Viertel von atmosphärischem Druck und Zuführen des Trägergases, von Ammoniak und TMG gezüchtet. Danach wurde die Suszeptortemperatur von 1040°C auf Raumtemperatur gekühlt, wobei ein freitragendes Substrat (GaN-Einkristall, Dicke: 12 μm), das die die Siliciumdioxidteilchen enthaltende Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V umfasste, erhalten wurde. Die Trennung wurde zwischen dem Substrat und den Siliciumdioxidteilchen erreicht.
  • Beispiel 4
  • Die Operation gemäß "Herstellung eines freitragenden Substrats" von Beispiel 3 wurde durchgeführt, wobei jedoch ein kolloides Siliciumdioxid (Handelsbezeichnung "MP-4540", hergestellt von Nissan Chemical Industries Ltd., mittlerer Teilchendurchmesser: 450 nm) verwendet wurde, dessen Siliciumdioxidkonzentration auf 40 Gew.-% eingestellt war, und die nichtdotierte GaN-Schicht bis zu einer Dicke von 40 μm gezüchtet wurde, wobei ein freitragendes Substrat (GaN-Einkristall, Dicke: 40 μm) erhalten wurde.
  • Das freitragende Substrat wies eine Siliciumdioxidteichen umfassende Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V auf. In diesem Beispiel betrug der Bedeckungsgrad der Siliciumdioxidteilchen auf der Oberfläche des Substrats 71%. Die Trennung wurde zwischen dem Substrat und den Siliciumdioxidteilchen erreicht.
  • Beispiel 5
  • Als Substrat wurde ein spiegelglanzpoliertes c-Ebene-Saphirsubstrat verwendet. Als Materialen für anorganische Teilchen wurden eine Titandioxidaufschlämmung (Handelsbezeichnung "NanoTek TiO2", hergestellt von C. I. Kasei Co., Ltd., mittlerer Teilchendurchmesser: 40 nm, Dispersionsmedium: Wasser) und kolloides Siliciumdioxid (Handelsbezeichnung "MP-1040", hergestellt von Nissan Chemical Industries Ltd., mittlerer Teilchendurchmesser: 100 nm) verwendet. Das Substrat wurde auf einen Spinner gesetzt, die Titandioxidaufschlämmung, die derart verdünnt wurde, dass sie einen Titandioxidgehalt von 1 Gew.-% aufwies, wurde auf das Substrat appliziert und die Aufschlämmung wurde schleudergetrocknet, wobei Titandioxidteilchen auf dem Substrat platziert wurden. Der Bedeckungsgrad der Titandioxidteilchen auf der Oberfläche des Substrats betrug 36%. Ferner wurde das kolloide Siliciumdioxid mit einem Siliciumdioxidgehalt, der auf 40 Gew.-% eingestellt war, hierauf appliziert, wonach die kolloide Suspension schleudergetrocknet wurde, wobei die Siliciumdioxidteilchen auf dem Substrat platziert wurden. Der Bedeckungsgrad der Siliciumdioxidteilchen auf der Oberfläche des Substrats betrug 71%.
  • Eine Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V wurde durch MOVPE unter atmosphärischem Druck und das folgende Verfahren zum Züchten der die Siliciumdioxidteilchen enthaltenden Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V hierauf epitaxial aufwachsen gelassen.
  • Eine GaN-Pufferschicht mit einer Dicke von etwa 500 Å wurde auf dem Substrat unter den Bedingungen eines Drucks von 1 atm, einer Suszeptortemperatur von 485°C durch Zuführen eines Trägergases, das Wasserstoff ist, von Ammoniak und TMG gezüchtet. Eine nichtdotierte AlGaN-Schicht wurde auf der GaN-Pufferschicht durch Erhitzen auf eine Suszeptor temperatur von 800°C und Zuführen des Trägergases, von Ammoniak, TMA und TMG gezüchtet. Eine nichtdotierte GaN-Schicht mit einer Dicke von 20 μm wurde durch Erhitzen auf eine Suszeptortemperatur von 1040°C, Senken des Reaktordrucks auf ein Viertel von atmosphärischem Druck und Zuführen des Trägergases, von Ammoniak und TMG gezüchtet. Danach wurde die Suszeptortemperatur von 1040°C auf Raumtemperatur gekühlt, wobei ein freitragendes Substrat (GaN-Einkristall, Dicke: 20 μm), das die die Titandioxidteilchen und die Siliciumdioxidteilchen enthaltende Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V umfasste, erhalten wurde. Die Trennung wurde zwischen dem Substrat und den anorganischen Teilchen erreicht.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Die Operation gemäß "Herstellung eines freitragenden Substrats" von Beispiel 1 wurde durchgeführt, wobei jedoch keine Siliciumdioxidteilchen hierauf platziert wurden. In diesem Beispiel erfolgte ein Brechen der Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V ohne Abtrennung von dem Substrat.
  • Beispiel 6
  • Herstellung eines freitragenden Substrats
  • Das in 6 gezeigte freitragende Substrat wurde hergestellt.
  • Als Substrat 21 wurde ein spiegelglanzpoliertes c-Ebene-Saphirsubstrat verwendet. Die GaN-Pufferschicht 26 mit einer Dicke von 60 nm wurde auf dem Substrat 21 unter den Bedingungen eines Drucks von 1 atm, einer Suszeptortemperatur von 485°C durch Zuführen eines Trägergases, das Wasserstoff ist, von Ammoniak und TMG durch MPVPE epitaxial aufwachsen gelassen. Das Substrat 21 wurde dem Reaktor entnommen und dann auf einen Spinner gesetzt, worauf kolloides Siliciumdioxid (Handelsbezeichnung "SEAHOSTAR KE-W50", von Nippon Shokubai Co., Ltd., mittlerer Teilchendurchmesser: 500 nm) auf das Substrat 21 appliziert wurde, wobei die kolloide Suspension derart verdünnt wurde, dass sie einen Siliciumdioxidgehalt von 10 Gew.-% aufwies. Danach wurde die kolloide Suspension schleudergetrocknet, wobei die Siliciumdioxidteilchen 23 auf der GaN-Pufferschicht 26 platziert wurden. Bei Beobachtung unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops waren die Siliciumdioxidteilchen in einer Einzelschicht platziert und der Bedeckungsgrad der Siliciumdioxidteilchen auf der Oberfläche der GaN-Pufferschicht 26 betrug 36%.
  • Das Substrat 21 wurde in den Reaktor gesetzt und eine Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V wurde durch MOVPE unter atmosphärischem Druck und das folgende Verfahren zur Bildung der die Siliciumdioxidteilchen 23 umfassenden Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V 22B auf dem Substrat 21 epitaxial aufwachsen gelassen.
  • Die nichtdotierte GaN-Schicht 22B wurde hierauf unter den Bedingungen eines Drucks von 500 Torr, einer Suszeptortemperatur von 1020°C durch Zuführen eines Trägergases, das Wasserstoff ist, von Ammoniak mit 4,0 slm und TMG mit 20 sccm während 75 min gezüchtet. Die nichtdotierte GaN-Schicht 22B wurde durch Erhitzen auf eine Suszeptortemperatur von 1120°C und Zuführen des Trägergases, von Ammoniak mit 4,0 slm und TMG mit 35 sccm während 90 min gezüchtet. Ferner wurde die nichtdotierte GaN-Schicht 22B durch Kühlen auf eine Suszeptortemperatur von 1080°C unter Halten eines Drucks von 500 Torr und Zuführen des Trägergases, von Ammoniak mit 4,0 slm und TMG mit 50 sccm während 360 min gezüchtet. Danach wurde die Suszeptortemperatur von 1080°C auf Raumtemperatur gekühlt, wobei ein freitragendes Substrat (GaN-Einkristall, Dicke: 35 μm) mit der die Siliciumdioxidteilchen 23 umfassenden Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V erhalten wurde. Die Trennung wurde zwischen dem Substrat 21 und einem Bereich auf der Substrat-21-Seite der Siliciumdioxidteilchen 23 erreicht.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Die Operation gemäß "Herstellung eines freitragenden Substrats" von Beispiel 4 wurde durchgeführt, wobei jedoch keine Siliciumdioxidteilchen hierauf platziert wurden. In diesem Beispiel wurde die Halbleiterschicht 22B von dem Substrat 21 nicht abgetrennt.
  • Beispiel 7
  • Eine Halbleiterleuchtvorrichtung mit einer Schichtstruktur, die in 11 gezeigt ist, wurde hergestellt.
  • Herstellung eines Substrats für eine Halbleiterleuchtvorrichtung
  • Nach dem Züchten der nichtdotierten GaN-Schicht 34 gemäß der Beschreibung in "Herstellung eines freitragenden Substrats" von Beispiel 1 wurde eine Si-dotierte GaN-Schicht 35 mit einer Dicke von etwa 3,5 um auf der nichtdotierten GaN-Schicht 34 als n-Kontaktschicht ohne Kühlen auf Raumtemperatur gezüchtet, worauf eine lichtemittierende Schicht 37 nach dem im folgenden angegebenen Verfahren gezüchtet wurde. Nach dem Züchten einer GaN-Schicht 36 durch Kühlen der Reaktortemperatur auf 780°C und unter Verwendung von Stickstoff als Trägergas wurden eine InGaN-Schicht 37A mit einer Dicke von 3 nm und eine GaN-Schicht 37B mit einer Dicke von 18 nm abwechselnd jeweils fünfmal gezüchtet. Dann wurde eine GaN-Schicht 37C mit einer Dicke von 18 nm auf der InGaN-Schicht 37A gezüchtet, wobei die lichtemittierende Schicht 37 erhalten wurde.
  • Eine Mg-dotierte AlGaN-Schicht 38 mit einem Al-Gehalt von 0,05% und einer Dicke von 25 nm wurde auf der GaN-Schicht 37C gezüchtet. Eie Mg-dotierte GaN-Schicht 39 mit einer Dicke von 150 nm wurde auf der AlGaN-Schicht 38 durch Erhitzen auf eine Reaktortemperatur von 1040°C und Zuführen eines Trägergases, von Ammoniak, TMG und (C5H4C2H5)2Mg (EtCp2Mg) während 30 min gezüchtet. Danach wurde die Reaktortemperatur auf Raumtemperatur gekühlt, wobei ein Substrat 40 für die Leuchtvorrichtung eines Nitridhalbleiters der Gruppe III-V erhalten wurde. Das Substrat 40 enthielt die Halbleiterschichten und das freitragende Substrat mit der die Siliciumdioxidteilchen 32 umfassenden Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V. Die Trennung wurde zwischen dem Substrat 31 und den Siliciumdioxidteilchen 32 erreicht.
  • Bildung von Elektroden
  • Ein Resistmuster für eine positive Elektrode wurde auf der Mg-dotierten GaN-Schicht 39 des Substrats 40 für die Leuchtvorrichtung eines Nitridhalbleiters der Gruppe III-V durch Photolithographie ausgebildet. NiAu wurde hierauf unter Vakuum aufgedampft. Ein Elektrodenmuster wurde unter Verwendung eines Abtragverfahrens ausgebildet und eine Wärmbehandlung wurde durchgeführt, wobei eine ohmsche positive Elektrode mit einer Fläche von 3,14 × 10–4 cm2 erhalten wurde. Dann wurde ein Maskenmuster durch Photolithographie ausgebildet. Ein Trockenätzen wurde zur Freilegung der Si-dotierten GaN-Schicht 35 durchgeführt. Nach Entfernen der Maske wurde ein Resistmuster für eine negative Elektrode auf der trockengeätzten Oberfläche durch Photolithographie ausgebildet. Al wurde hierauf unter Vakuum aufgedampft. Ein Elektrodenmuster wurde unter Verwendung eines Abtragverfahrens ausgebildet, wobei eine negative Elektrode erhalten wurde.
  • Beurteilung einer Halbleiterleuchtvorrichtung
  • Die Emissionseigenschaften der Halbleiterleuchtvorrichtung wurden durch Anlegen einer Spannung an die Vorrichtung in der Form eines Substrats bestimmt. Die Wellenlänge von emittiertem Licht betrug 440 nm und die Lichtleistung betrug 10,2 mW (bei einem Durchlassstrom von 20 mA).
  • Vergleichsbeispiel 3
  • Die Operation gemäß "Herstellung eines Substrats für eine Halbleiterleuchtvorrichtung" von Beispiel 7 wurde durchgeführt, wobei jedoch keine Siliciumdioxidteilchen hierauf platziert wurden und das Substrat von dem Substrat für eine Halbleiterleuchtvorrichtung unter Verwendung eines Laserabtragverfahrens zur Gewinnung eines Substrats entfernt wurde. Dann wurde die Operation gemäß "Bildung von Elektroden" von Beispiel 7 zur Gewinnung einer Halbleiterleuchtvorrichtung durchgeführt. Als Ergebnis der Beurteilung der Halbleiterleuchtvorrichtung unter den Bedingungen gemäß "Beurteilung einer Halbleiterleuchtvorrichtung" von Beispiel 7 betrug die Wellenlänge von emittiertem Licht 440 nm und die Lichtleistung 4,0 mW (bei einem Durchlassstrom von 20 mA).
  • Zusammenfassung
  • Die vorliegende Erfindung beschreibt ein freitragendes Substrat, ein Verfahren zur Herstellung desselben und eine Halbleiterleuchtvorrichtung. Das freitragende Substrat umfasst eine Halbleiterschicht und anorganische Teilchen, wobei die anorganischen Teilchen in der Halbleiterschicht enthalten sind. Das Verfahren zur Herstellung eines freitragenden Substrats umfasst die Stufen: (a) Platzieren anorganischer Teilchen auf einem Substrat, (b) Züchten einer Halbleiterschicht hierauf und (c) Trennen der Halbleiterschicht von dem Substrat in dieser Reihenfolge. Die Halbleiterleuchtvorrichtung umfasst das freitragende Substrat, eine leitende Schicht, eine lichtemittierende Vorrichtung und Elektroden.
    • 1
    Halbleiterleuchtvorrichtung
    3
    n-Kontaktschicht
    4
    lichtemittierende Schicht
    5
    p-Kontaktschicht
    6, 7
    Elektrode
    21, 31
    Substrat
    21A, 22A
    Oberfläche
    21B
    Züchtungsregion
    22
    freitragendes Substrat
    23, 24, 32
    anorganische Teilchen
    22B, 25
    Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V
    26
    Pufferschicht
    26B
    Hohlraum
    33
    GaN-Pufferschicht
    34
    undotierte GaN-Schicht
    35
    Si-dotierte GaN-Schicht
    36
    GaN-Schicht
    37
    lichtemittierende Schicht
    37A
    InGaN-Schicht
    37B
    GaN-Schicht
    37C
    GaN-Schicht
    38
    Mg-dotierte AlGaN-Schicht
    39
    Mg-dotierte GaN-Schicht
    40
    Substrat einer Halbleiterleuchtvorrichtung eines Nitrids der Gruppe III-V
    101
    Metallplatte
    102
    Halbleiterleuchtvorrichtungsmodul

Claims (27)

  1. Freitragendes Substrat, das eine Halbleiterschicht und anorganische Teilchen umfasst, wobei die anorganischen Teilchen in der Halbleiterschicht enthalten sind.
  2. Freitragendes Substrat nach Anspruch 1, wobei die Halbleiterschicht ein Metallnitrid in einem Bereich, in dem die anorganischen Teilchen nicht vorhanden sind, umfasst.
  3. Freitragendes Substrat nach Anspruch 1, wobei die anorganischen Teilchen aus mindestens einer Komponente, die aus der Gruppe von einem Oxid, Nitrid, Carbid, Borid, Sulfid, Selenid und Metall ausgewählt ist, hergestellt sind.
  4. Freitragendes Substrat nach Anspruch 3, wobei die anorganischen Teilchen aus einem Oxid hergestellt sind.
  5. Freitragendes Substrat nach Anspruch 4, wobei das Oxid mindestens eine Komponente ist, die aus der Gruppe von Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirconiumdioxid, Titandioxid, Ceroxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid, Zinnoxid und Yttriumaluminiumgranat ausgewählt ist.
  6. Freitragendes Substrat nach Anspruch 5, wobei das Oxid Siliciumdioxid ist.
  7. Freitragendes Substrat nach Anspruch 1, wobei die anorganischen Teilchen ein Maskenmaterial zur Züchtung der Halbleiterschicht umfassen.
  8. Freitragendes Substrat nach Anspruch 7, wobei die Oberflächen der anorganischen Teilchen mit dem Maskenmaterial bedeckt sind.
  9. Freitragendes Substrat nach Anspruch 7, wobei das Maskenmaterial mindestens eine Komponente ist, die aus der Gruppe von Siliciumdioxid, Zirconiumdioxid, Titandioxid, Siliciumnitrid, Bornitrid, W, Mo, Cr, Co, Si, Au, Zr, Ta, Ti, Nb, Pt, V, Hf und Pd ausgewählt ist.
  10. Freitragendes Substrat nach Anspruch 1, wobei die anorganischen Teilchen die Form einer Kugel, eines Plättchens oder einer Nadel oder keine definierte Form aufweisen.
  11. Freitragendes Substrat nach Anspruch 10, wobei die anorganischen Teilchen die Form einer Kugel aufweisen.
  12. Freitragendes Substrat nach Anspruch 1, wobei die anorganischen Teilchen einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von nicht weniger als 5 nm und nicht mehr als 50 μm aufweisen.
  13. Verfahren zur Herstellung eines freitragenden Substrats, das die Stufen: (a) Platzieren anorganischer Teilchen auf einem Substrat, (b) Züchten einer Halbleiterschicht hierauf und (c) Trennen der Halbleiterschicht von dem Substrat in dieser Reihenfolge umfasst.
  14. Verfahren zur Herstellung eines freitragenden Substrats, das die Stufen: (s1) Züchten einer Pufferschicht auf einem Substrat, (a) Platzieren anorganischer Teilchen auf der Pufferschicht, (b) Züchten einer Halbleiterschicht hierauf und (c) Trennen der Halbleiterschicht von dem Substrat in dieser Reihenfolge umfasst.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Substrat aus mindestens einer Komponente, die aus der Gruppe von Saphir, SiC, Si, MgAl2O4, LiTaO3, ZrB2 und CrB2 ausgewählt ist, hergestellt ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die anorganischen Teilchen aus mindestens einer Komponente, die aus der Gruppe von einem Oxid, Nitrid, Carbid, Borid, Sulfid, Selenid und Metall ausgewählt ist, hergestellt sind.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die anorganischen Teilchen aus einem Oxid hergestellt sind.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Oxid mindestens eine Komponente ist, die aus der Gruppe von Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirconiumdioxid, Titandioxid, Ceroxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid, Zinnoxid und Yttriumaluminiumgranat ausgewählt ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Oxid Siliciumdioxid ist.
  20. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die anorganischen Teilchen die Form einer Kugel, eines Plättchens oder einer Nadel oder keine definierte Form aufweisen.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die anorganischen Teilchen die Form einer Kugel aufweisen.
  22. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die anorganischen Teilchen einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von nicht weniger als 5 nm und nicht mehr als 50 um aufweisen.
  23. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Halbleiterschicht aus einem Nitrid der Gruppe III-V der Formel InxGayAlzN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1 und x + y + z = 1) hergestellt ist.
  24. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Stufe (a) die Teilstufe (a1) Platzieren der anorganischen Teilchen hierauf und die Teilstufe (a2) Platzieren eines anderen Typs anorganischer Teilchen hierauf umfasst.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei die in der Teilstufe (a1) verwendeten anorganischen Teilchen aus Titandioxid hergestellt sind.
  26. Verfahren nach Anspruch 24, wobei die in der Teilstufe (a2) verwendeten anorganischen Teilchen aus Siliciumdioxid hergestellt sind.
  27. Halbleiterleuchtvorrichtung, die das freitragende Substrat nach Anspruch 1, eine leitende Schicht, eine lichtemittierende Vorrichtung und Elektroden umfasst.
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