(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの結晶面を有する基板を提供する第一ステップと、
前記基板の結晶面に複数の空隙を含むカーボンナノチューブ層を配置する第二ステップと、
前記基板の結晶面にエピタキシャル層を成長させる第三ステップと、
を含み、
前記カーボンナノチューブ層は、少なくとも一枚の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ており、
前記カーボンナノチューブフィルムは、ドローン構造カーボンナノチューブフィルム、又は角度αが０°であるプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムであり、
前記カーボンナノチューブワイヤは、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から形成された非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤであり、
前記カーボンナノチューブ層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の表面に平行して配列されていることを特徴とするエピタキシャル構造体の製造方法。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブ層は複数のカーボンナノチューブを含み、
前記カーボンナノチューブ層において、前記複数のカーボンナノチューブが互いに接続されて一体構造に形成され、
前記基板の結晶面の一部が、前記カーボンナノチューブ層の複数の空隙によって露出され、前記基板の露出された結晶面から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エピタキシャル層を成長させることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャル構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャル構造体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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ている問題が存在する。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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１１４１１２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｋａｉｌｉ  Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ  Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ  Ｆａｎ、“Ｓｐｉｎｎｉｎｇ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｙａｒｎｓ”、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前記フォトエッチング微細加工方法は、工程が複雑で、コストが高く、且つ前記サファイア基板の結晶成長のための成長表面の汚染によって、エピタキシャル構造体の品質が影響され得る。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従って、前記課題を解決するために、本発明は簡単な製造方法を有し、コストが低く、高品質のエピタキシャル構造体及びその製造方法を提供する。
【０００８】
本発明のエピタキシャル構造体の製造方法は、少なくとも一つの結晶面を有する基板を提供する第一ステップと、前記基板の結晶面に複数の空隙を含むカーボンナノチューブ層を配置する第二ステップと、前記基板の結晶面にエピタキシャル層を成長させる第三ステップと、を含む。
【０００９】
前記カーボンナノチューブ層は複数のカーボンナノチューブを含み、前記カーボンナノチューブ層において、前記複数のカーボンナノチューブが互いに接続されて一体構造に形成され、前記基板の結晶面の一部が、前記カーボンナノチューブ層の複数の空隙によって露出され、前記基板の露出された結晶面から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エピタキシャル層を成長させる。
【００１０】
本発明のエピタキシャル構造体は、基板、カーボンナノチューブ層及びエピタキシャル層を含む。前記基板は、少なくとも一つの結晶面を有し、前記カーボンナノチューブ層は複数のカーボンナノチューブを含み、前記カーボンナノチューブ層が、前記基板の結晶面及びエピタキシャル層の間に配置される。
【発明の効果】
【００１１】
従来の技術と比べて、本発明のエピタキシャル構造体の製造方法は、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を直接的に基板の結晶面に配置し、エピタキシャル層を成長させるので、製造方法が簡単であり、コストが低い。前記基板の結晶面の一部が前記カーボンナノチューブ層の複数の空隙によって露出される。前記基板の該一部の結晶面から前記カーボンナノチューブ層の複数の空隙を通じて成長結晶、核を形成した後、横方向結晶成長して一体のエピタキシャル層が成長形成されるので、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。前記カーボンナノチューブ層は、エピタキシャル層が成長され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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第一のエピタキシャル構造体の製造工程を示す図である。
【図２】図１中のエピタキシャル構造体の製造工程に用いる一つの成長ベースの構造を示す図である。
【図３】図１中のエピタキシャル構造体の製造工程に用いるもう一つの成長ベースの構造を示す図である。
【図４】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５】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６】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。
【図７】カーボンナノチューブが配向して配置される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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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１１】図１中のエピタキシャル構造体の製造工程の一つのステップの製造工程を示す図である。
【図１２】本発明の第一のエピタキシャル構造体の一つの構造を示す図である。
【図１３】図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに沿った断面図である。
【図１４】本発明の第一のエピタキシャル構造体のもう一つの構造を示す図である。
【図１５】本発明の第一のエピタキシャル構造体のまた一つの構造を示す図である。
【図１６】本発明の第二のエピタキシャル構造体の製造工程を示す図である。
【図１７】図１６中のエピタキシャル構造体の製造工程の一つのステップの製造工程を示す図である。
【図１８】本発明の第二のエピタキシャル構造体の一つの構造を示す図である。
【図１９】図１８のＸＩＸ−ＸＩＸに沿った断面図である。
【図２０】本発明の第二のエピタキシャル構造体のもう一つの構造を示す図である。
【図２１】本発明の第二のエピタキシャル構造体のまた一つの構造を示す図である。
【図２２】本発明の第三のエピタキシャル構造体の製造工程を示す図である。
【図２３】本発明の第四のエピタキシャル構造体の製造工程を示す図である。
【図２４】本発明の第五のエピタキシャル構造体の製造工程を示す図である。
【図２５】本発明の第五のエピタキシャル構造体の立体構造を示す図である。
【図２６】図２５の側視図である。
【図２７】本発明の第六のエピタキシャル構造体の製造工程を示す図である。
【図２８】本発明の第七のエピタキシャル構造体の製造工程を示す図である。
【図２９】本発明の第八のエピタキシャル構造体の製造工程を示す図である。
【図３０】本発明の第八のエピタキシャル構造体の構造を示す図である。
【図３１】図３０のＸＸＸＩ−ＸＸＸＩに沿った断面図である。
【図３２】本発明の第九のエピタキシャル構造体の製造工程の一つを示す図である。
【図３３】本発明の第九のエピタキシャル構造体の一つの構造を示す図である。
【図３４】本発明の第九のエピタキシャル構造体の製造工程のもう一つを示す図である。
【図３５】本発明の第九のエピタキシャル構造体のもう一つの構造を示す図である。
【図３６】本発明の第十のエピタキシャル構造体の製造工程を示す図である。
【図３７】本発明の第十のエピタキシャル構造体の構造を示す図である。
【図３８】本発明の第十一のエピタキシャル構造体の製造工程を示す図である。
【図３９】本発明の第十一のエピタキシャル構造体の構造を示す図である。
【図４０】本発明の第十二のエピタキシャル構造体の構造を示す図である。
【図４１】本発明の一つのエピタキシャル構造体のエピタキシャル層及び基板の界面所の走査型電子顕微鏡写真である。
【図４２】図４１の透過型電子顕微鏡写真である。
【図４３】本発明のもう一つのエピタキシャル構造体のエピタキシャル層及び基板の界面の走査型電子顕微鏡写真である。
【図４４】図４３の透過型電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明のエピタキシャル構造体及びそ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。
【００１４】
図１を参照すると、第一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の成長表面１０１に第一カーボンナノチューブ層１０２を配置するステップ（Ｓ２０）と、前記基板１００の成長表面１０１に第一エピタキシャル層１０４を成長させるステップ（Ｓ３０）と、を含む。
【００１５】
前記ステップ（Ｓ１０）において、前記基板１００は、前記第一エピタキシャル層１０４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、前記第一エピタキシャル層１０４の結晶成長を支持する。前記基板１００の成長表面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、該結晶面は前記第一エピタキシャル層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、該結晶面は前記第一エピタキシャル層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及びＡｌ２Ｏ３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、製造しようとする第一エピタキシャル層１０４の材料に応じて選択可能である。前記基板１００の材料は、前記第一エピタキシャル層１０４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。
【００１６】
前記ステップ（Ｓ２０）において、前記第一カーボンナノチューブ層１０２を前記基板１００の成長表面１０１に配置して、前記第一エピタキシャル層１０４を成長させるためのベース１００ａを形成する。図２及び図３を参照すると、前記ベース１００ａは、成長表面１０１を有する基板１００と、前記成長表面１０１に配置された前記第一カーボンナノチューブ層１０２を含む。前記ベース１００ａを、直接的に前記第一エピタキシャル層１０４を成長させるために使用することができる。
【００１７】
前記第一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。さらに、前記第一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。前記第一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。前記第一カーボンナノチューブ層１０２の厚さは、１ｎｍ〜１００μｍである。例えば、前記第一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。前記第一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。前記第一カーボンナノチューブ層１０２が前記基板１００の成長表面１０１に配置される場合、前記基板１００の成長表面１０１の、前記第一カーボンナノチューブ層１０２のパターン化された部分に対応した一部の表面は、前記第一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、前記第一エピタキシャル層１０４が前記成長表面１０１の露出された部分から成長することができる。
【００１８】
前記パターン化された第一カーボンナノチューブ層１０２には、複数の第一空隙１０５が形成されている。前記複数の第一空隙１０５は、前記第一カーボンナノチューブ層１０２に均一的に分布される。前記複数の第一空隙１０５は、前記第一カーボンナノチューブ層１０２の厚さ方向に沿って前記第一カーボンナノチューブ層１０２を貫通する。前記第一空隙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。前記第一空隙１０５が微孔状である場合、前記第一空隙１０５の平均孔径は１０ｎｍ〜５００μｍである。前記第一空隙１０５が間隙である場合、前記第一空隙１０５の平均幅は１０ｎｍ〜５００μｍである。前記第一空隙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、“前記第一空隙１０５の寸法”としては、前記孔径の直径又は間隙の幅を指す。前記第一空隙１０５の寸法は、それぞれ異なることができる。前記第一空隙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。前記第一空隙１０５の寸法が小さいほど、第一エピタキシャル層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、高い品質の第一エピタキシャル層１０４を得ることができる。本実施形態において、前記第一空隙１０５の寸法は１０ｎｍ〜１０μｍである。前記第一カーボンナノチューブ層１０２のデューティファクタ（ｄｕｔｙｆａｃｔｏｒ）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、前記第一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、前記第一カーボンナノチューブ層１０２が前記基板１００の成長表面１０１に被覆された後における前記基板１００の成長表面１０１の、前記第一カーボンナノチューブ層１０２で遮られた領域と、前記第一カーボンナノチューブ層１０２の前記第一空隙１０５から露出された領域との面積比を示す。
【００１９】
前記第一カーボンナノチューブ層１０２が、パターン化効果を保持できる場合、前記第一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、前記第一カーボンナノチューブ層１０２は非配向型の第一カーボンナノチューブ層１０２及び配向型の第一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第一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。配向型の第一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、配向型の第一カーボンナノチューブ層１０２において、配向型の第一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。
【００２０】
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第一カーボンナノチューブ層１０２を得るために、前記第一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、前記第一カーボンナノチューブ層１０２の表面に平行するように配列されることが好ましい。この場合、前記第一カーボンナノチューブ層１０２が前記基板１００の成長表面１０１に被覆された後、前記第一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。図２を参照すると、前記第一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ている。図３を参照すると、前記第一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、前記第一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ている。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の成長表面１０１に被覆された前記第一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。
【００２１】
前記第一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、前記数種類の方法は、すべて支持面を必要とする。前記第一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、前記第一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、前記第一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、前記第一カーボンナノチューブ層１０２の構造を変化させずに、前記第一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、前記第一カーボンナノチューブ層１０２は、前記基板１００の成長表面１０１に直接的に配置することが容易になる。
【００２２】
前記第一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、前記第一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、前記第一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。前記第一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、前記第一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、又は前記第一カーボンナノチューブ層１０２の第一空隙１０５に充填されることができる。これにより、前記第一カーボンナノチューブ層１０２の大きな直径を持つ第一空隙１０５の直径を減小させることができる。好ましくは、前記添加材料は、前記第一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、前記第一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することができる。
【００２３】
前記第一カーボンナノチューブ層１０２を、前記基板１００の成長表面１０１に被覆させた後、さらに有機溶剤で処理することができる。これにより、前記第一カーボンナノチューブ層１０２は、前記基板１００の成長表面１０１に更に緊密に接続することができる。前記有機溶剤で処理する方法は、以下の二種の方法を利用することができる。第一種では、滴管によって前記有機溶剤を前記第一カーボンナノチューブ層１０２の表面に滴下し、該有機溶剤を前記第一カーボンナノチューブ層１０２に浸漬させる。第二種では、前記第一カーボンナノチューブ層１０２と前記基板１００の全体を、前記有機溶剤が入った容器に入れて浸漬させる。前記有機溶剤は、エタノール、メタノール、アセトン、ジクロロエタン及びクロロホルムなどの揮発性有機溶剤の一種又は数種からなる。本実施形態において、前記有機溶剤はエタノールである。
【００２４】
前記第一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。前記第一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、前記第一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、前記第一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第一空隙１０５として定義される。これにより、前記第一カーボンナノチューブ層１０２における前記第一空隙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。前記第一空隙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。
【００２５】
前記第一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。前記第一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、前記第一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。前記第一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、前記第一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。
【００２６】
本発明の前記第一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。
【００２７】
（一）ドローン構造カーボンナノチューブフィルム
前記第一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。
【００２８】
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。
【００２９】
前記第一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。
【００３０】
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、それぞれ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ができる。前記それぞれ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が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。
【００３１】
（二）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。
【００３２】
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。
【００３３】
（三）プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム
前記第一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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
（四）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構造体は、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構造体においては、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構造体は、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構造体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構造体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構造体は柔軟性に優れ、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構造体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構造体の厚さは、０．５ｎｍ〜１ｍｍである。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、１０マイクロメートル以上であり、１００マイクロメートル以上であることが好ましい。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
前記第一カーボンナノチューブ層１０２は、前記第一エピタキシャル層１０４を成長させるためのマスクとして使用されている。即ち、前記第一カーボンナノチューブ層１０２を利用して前記基板１００の成長表面１０１を被覆させた後、前記基板１００の成長表面１０１の一部は、前記第一カーボンナノチューブ層１０２のカーボンナノチューブで遮られ、他の部分は前記第一カーボンナノチューブ層１０２の前記第一空隙１０５によって露出される。前記第一エピタキシャル層１０４は、ただ前記第一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の成長表面１０１から成長することができる。前記第一カーボンナノチューブ層１０２は、複数の第一空隙１０５を含んでいるので、前記第一カーボンナノチューブ層１０２を、前記基板１００の成長表面１０１をパターン化できるマスクとして利用することができる。従来のリソグラフィやエッチングに比べて、前記第一カーボンナノチューブ層１０２の製造工程が簡単になり、コストが低く、前記基板１００の成長表面１０１が汚染されない。
【００４８】
前記ステップ（Ｓ３０）において、前記第一エピタキシャル層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方法によって結晶成長することができる。
【００４９】
前記第一エピタキシャル層１０４は、エピタキシー成長法によって前記基板１００の成長表面１０１に成長された単結晶層である。前記第一エピタキシャル層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、前記第一エピタキシャル層１０４が、前記基板１００の材料と同じ材料からなる場合、前記第一エピタキシャル層１０４は、ホモエピタキシャル層と呼ばれている。前記第一エピタキシャル層１０４が、前記基板１００の材料と異なる材料からなる場合、前記第一エピタキシャル層１０４は、ヘテロエピタキシャル層と呼ばれている。前記第一エピタキシャル層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。前記第一エピタキシャル層１０４の厚さは、１００ｎｍ〜５００μｍである。前記第一エピタキシャル層１０４の厚さは、２００ｎｍ、５００ｎｍ、１μｍ、２μｍ、５μｍ、１０μｍ又は５０μｍであることが好ましい。
【００５０】
図１１を参照すると、前記ステップ（Ｓ３０）は、前記基板１００の成長表面１０１の露出領域に形成しようとする第一エピタキシャル層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１０４２を形成するステップ（Ｓ３０１）と、前記複数のエピタキシャル結晶粒１０４２による横方向結晶成長、隣接する結晶粒１０４２同士の合体によって全体のエピタキシャル膜１０４４を形成するステップ（Ｓ３０２）と、前記エピタキシャル膜１０４４が前記成長表面１０１に垂直する方向に増大して、第一エピタキシャル層１０４を形成するステップ（Ｓ３０３）と、を含む。
【００５１】
前記ステップ（３０１）において、前記エピタキシャル結晶粒１０４２は、前記第一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の成長表面１０１から前記第一カーボンナノチューブ層１０２の第一空隙１０５を貫通して成長する。ここで、形成しようとする第一エピタキシャル層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。
【００５２】
前記ステップ（３０２）において、隣接する結晶粒１０４２同士の合体によって前記複数のエピタキシャル結晶粒１０４２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１０４４を形成する。前記複数のエピタキシャル結晶粒１０４２及び前記エピタキシャル膜１０４４は共に前記第一カーボンナノチューブ層１０２を包む。隣接する結晶粒１０４２及びその間の前記エピタキシャル膜１０４４は共に前記第一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第一キャビティ１０３を形成する。前記第一キャビティ１０３の内壁は、前記第一キャビティ１０３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第一エピタキシャル層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１０４２及び前記エピタキシャル膜１０４４からなる一体構造体の前記基板１００の成長表面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第一カーボンナノチューブ層１０２に関係している。前記第一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１０４２及び前記エピタキシャル膜１０４４からなる一体構造体の前記基板１００の成長表面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。前記第一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１０４２及び前記エピタキシャル膜１０４４からなる一体構造体の前記基板１００の成長表面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。前記第一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１０４２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。
【００５３】
前記ステップ（３０３）において、前記エピタキシャル膜１０４４は前記成長表面１０１に垂直な方向に増大して、第一エピタキシャル層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の成長表面１０１に前記第一カーボンナノチューブ層１０２が配置されているので、前記ステップ（３０２）で前記エピタキシャル膜１０４４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１０４４が前記成長表面１０１に垂直な方向に増大して形成された第一エピタキシャル層１０４にも欠陥が少なくなる。
【００５４】
図１２及び図１３を参照すると、前記実施形態のエピタキシャル結晶成長方法によって得られたエピタキシャル構造体１０は、基板１００と、第一カーボンナノチューブ層１０２と、第一エピタキシャル層１０４と、を含む。前記基板１００は、成長表面１０１を有する。前記第一カーボンナノチューブ層１０２は、前記基板１００の成長表面１０１に配置されている。前記第一カーボンナノチューブ層１０２は、複数の第一空隙１０５を含む。前記第一エピタキシャル層１０４は、前記第一カーボンナノチューブ層１０２の複数の第一空隙１０５を通して前記基板１００の成長表面１０１に接続されている。即ち、前記第一エピタキシャル層１０４は、前記基板１００の成長表面１０１と、前記第一カーボンナノチューブ層１０２の複数の第一空隙１０５に対応する位置に接点を有する。前記第一エピタキシャル層１０４の前記基板１００の成長表面１０１と隣接する表面に、複数の第一キャビティ１０３が形成されている。前記第一キャビティ１０３は、溝又は止まり穴である。前記複数の第一キャビティ１０３と前記基板１００の成長表面１０１とが共に、密封空間を形成し、前記第一カーボンナノチューブ層１０２を収容する。前記第一キャビティ１０３の内壁は、前記第一カーボンナノチューブ層１０２の該第一キャビティ１０３におけるカーボンナノチューブと所定の距離を有することができる。一つの例として、図１２を参照すると、前記第一カーボンナノチューブ層１０２は一枚のドローン構造カーボンナノチューブフィルムからなる。もう一つの例として、図１４を参照すると、前記第一カーボンナノチューブ層１０２は間隔をおいて平行して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。また一つの例として、図１５を参照すると、前記第一カーボンナノチューブ層１０２は、互いに交叉して配置され、又は互いに編まれることにより網状構造体になった複数のカーボンナノチューブワイヤからなる。
【００５５】
図１６を参照すると、第二のエピタキシャル構造体１０ｃ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の成長表面１０１に第一カーボンナノチューブ層１０２を配置するステップ（Ｓ２０）と、前記基板１００の成長表面１０１に第一エピタキシャル層１０４を成長させるステップ（Ｓ３０）と、前記第一エピタキシャル層１０４の表面１０６に第二カーボンナノチューブ層１０７を配置するステップ（Ｓ４０）と、第一エピタキシャル層１０４の第二カーボンナノチューブ層１０７が配置された表面１０６に第二エピタキシャル層１０９を成長させるステップ（Ｓ５０）と、含む。
【００５６】
前記第二のエピタキシャル構造体１０ｃの製造方法には、前記第一のエピタキシャル構造体１０の製造方法と比べて、次の異なる点がある。即ち、ステップ（Ｓ３０）の後、更にステップ（Ｓ４０）と、ステップ（Ｓ５０）と、を行う。
【００５７】
前記ステップ（Ｓ４０）において、前記第二カーボンナノチューブ層１０７は、前記第一カーボンナノチューブ層１０２と同じである。前記第二カーボンナノチューブ層１０７に、複数の第二空隙１０８が形成されている。本実施形態において、前記第二カーボンナノチューブ層１０７は、間隔をおいて平行して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ことが好ましい。前記第二カーボンナノチューブ層１０７は、直接的に前記第一エピタキシャル層１０４の表面１０６に配置される。ここで、前記表面１０６が、前記第二エピタキシャル層１０９を成長させるために使用される。
【００５８】
前記ステップ（Ｓ５０）において、前記第二エピタキシャル層１０９を結晶成長させるための方法は、前記第一のエピタキシャル構造体の製造方法の前記ステップ（Ｓ３０）において、前記第一エピタキシャル層１０４を結晶成長させる方法と同じである。前記第二エピタキシャル層１０９の材料は、前記第一エピタキシャル層１０４の材料と同じでも異なってもよいが、前記第二エピタキシャル層１０９に発生する格子欠陥を減少するために、前記第二エピタキシャル層１０９は、前記第一エピタキシャル層１０４に対するホモエピタキシャル層であることが好ましい。
【００５９】
図１７を参照すると、前記ステップ（Ｓ５０）は、前記ステップ（Ｓ３０）に類似して、前記第一エピタキシャル層１０４の表面１０６の露出された領域に核を形成し、該核の寸法が主に前記表面１０６に垂直な方向に沿って増加して、複数のエピタキシャル結晶粒１０９２を形成するステップ（Ｓ５０１）と、前記複数のエピタキシャル結晶粒１０９２による横方向結晶成長、隣接する結晶粒１０９２同士の合体によって全体のエピタキシャル膜１０９４を形成するステップ（Ｓ５０２）と、前記エピタキシャル膜１０９４が前記表面１０６に垂直な方向に増大して、第二エピタキシャル層１０９を形成するステップ（Ｓ５０３）と、を含む。
【００６０】
図１８及び図１９を参照すると、本実施形態のエピタキシャル結晶成長方法によって得られたエピタキシャル構造体１０ｃは、基板１００と、第一カーボンナノチューブ層１０２と、第一エピタキシャル層１０４と、第二カーボンナノチューブ層１０７と、第二エピタキシャル層１０９と、を含む。前記基板１００は、成長表面１０１を有する。前記第一カーボンナノチューブ層１０２は、前記基板１００の成長表面１０１に配置されている。前記第一カーボンナノチューブ層１０２は、複数の第一空隙１０５を含む。前記第一エピタキシャル層１０４は、前記第一カーボンナノチューブ層１０２の複数の第一空隙１０５を通して前記基板１００の成長表面１０１に接続されている。即ち、前記第一エピタキシャル層１０４は、前記基板１００の成長表面１０１と、前記第一カーボンナノチューブ層１０２の複数の第一空隙１０５に対応する位置に接点を有する。前記第一エピタキシャル層１０４の前記基板１００の成長表面１０１に隣接する表面に、複数の第一キャビティ１０３が形成されている。前記第一キャビティ１０３は、溝又は止まり穴である。前記複数の第一キャビティ１０３と前記基板１００の成長表面１０１とが共に、密封空間を形成し、前記第一カーボンナノチューブ層１０２を収容する。前記第一キャビティ１０３の内壁は、前記第一カーボンナノチューブ層１０２の該第一キャビティ１０３におけるカーボンナノチューブと所定の距離を有することができる。
【００６１】
前記第二カーボンナノチューブ層１０７は、前記第一エピタキシャル層１０４の表面１０６に配置されている。前記第二カーボンナノチューブ層１０７は、複数の第二空隙１０８を含む。前記第二エピタキシャル層１０９は、前記第二カーボンナノチューブ層１０７の複数の第二空隙１０８を通して前記第一エピタキシャル層１０４の表面１０６に接続されている。即ち、前記第二エピタキシャル層１０９は、前記第一エピタキシャル層１０４の表面１０６と、前記第二カーボンナノチューブ層１０７の複数の第二空隙１０８に対応する位置に接点を有する。前記第二エピタキシャル層１０９の前記第一エピタキシャル層１０４の表面１０６に隣接する表面に、複数の第二キャビティ１１０が形成されている。前記第二キャビティ１１０は、溝又は止まり穴である。前記複数の第二キャビティ１１０と前記第一エピタキシャル層１０４の表面１０６とが共に、密封空間を形成し、前記第二カーボンナノチューブ層１０７を収容する。前記第二キャビティ１１０の内壁は、前記第二カーボンナノチューブ層１０７の該第二キャビティ１１０におけるカーボンナノチューブと所定の距離を有することができる。
【００６２】
本実施形態において、一つの例として、図１８を参照すると、前記第一カーボンナノチューブ層１０２及び前記第二カーボンナノチューブ層１０７は、それぞれ一枚のドローン構造カーボンナノチューブフィルムからなる。もう一つの例として、図２０を参照すると、前記第一カーボンナノチューブ層１０２及び前記第二カーボンナノチューブ層１０７は、それぞれ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。また一つの例として、図２１を参照すると、前記第一カーボンナノチューブ層１０２及び前記第二カーボンナノチューブ層１０７は、それぞれ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った複数のカーボンナノチューブワイヤからなる。
【００６３】
図２２を参照すると、第三のエピタキシャル構造体２０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の成長表面１０１に第一カーボンナノチューブ層１０２を配置するステップ（Ｓ２０）と、前記基板１００の成長表面１０１に第一エピタキシャル層１０４を成長させるステップ（Ｓ３０）と、前記第一カーボンナノチューブ層１０２を除去して、前記基板１００の成長表面１０１に第一エピタキシャル層１０４が成長されたエピタキシャル構造体２０を得るステップ（Ｓ６０）と、含む。
【００６４】
前記第三のエピタキシャル構造体２０の製造方法には、前記第一のエピタキシャル構造体１０の製造方法と比べて、次の異なる点がある。ステップ（Ｓ３０）の後、更に前記第一カーボンナノチューブ層１０２を除去するステップ（Ｓ６０）を含む。前記第一カーボンナノチューブ層１０２を除去する方法は、プラズマエッチング法、レーザ加熱法又は炉内加熱法などであることができる。
【００６５】
前記第一カーボンナノチューブ層１０２を、プラズマエッチング法によって除去する場合、前記ステップ（Ｓ６０）は、前記ステップ（Ｓ３０）から得られた第一のエピタキシャル構造体１０を真空反応室に配置するステップ（６０１）と、前記反応室に反応気体を導入し、グロー放電による反応気体のプラズマを生成させて前記第一のエピタキシャル構造体１０の第一カーボンナノチューブ層１０２に反応させるステップ（６０２）と、を含む。
【００６６】
前記ステップ（６０２）において、前記反応気体は、酸素ガス、水素ガス、四フッ化炭素ガス又はテトラフルオロメタンなどであることができる。本実施形態において、前記反応気体は、酸素ガスであり、プラズマが酸素ガスにより生成された酸素プラズマである。該反応気体プラズマは、前記第一キャビティ１０３に進入することができる。前記反応気体プラズマを、前記第一カーボンナノチューブ層１０２と反応させる時間は、１５秒間〜１時間であることができるが、好ましくは、１５秒間〜１５分間である。前記反応気体プラズマを生成するためのグロー放電の電力は、２０Ｗ〜３００Ｗであるが、好ましくは、１５０Ｗである。前記反応気体の流量は、１０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍであるが、好ましくは、５０ｓｃｃｍである。反応室の気圧は、１Ｐａ〜１００Ｐａであるが、好ましくは、１０Ｐａである。
【００６７】
前記第一カーボンナノチューブ層１０２を、レーザ加熱法によって除去する場合、前記ステップ（Ｓ６０）は、さらに、前記ステップ（Ｓ３０）から得られた第一のエピタキシャル構造体１０を酸素雰囲気に置くステップ（６１１）と、前記第一のエピタキシャル構造体１０の第一カーボンナノチューブ層１０２又は基板１００にレーザビームを照射するステップ（６１２）と、を含む。
【００６８】
前記ステップ（６１２）において、前記レーザビームは、固体レーザ装置、液体レーザ装置、気体レーザ装置又は半導体レーザ装置などのレーザ装置により提供することができる。前記レーザ装置のパワー密度は０．０５３×１０１２Ｗ／ｍ２である。前記レーザ装置のレーザスポットの直径は、１ｍｍ〜５ｍｍであることができる。前記第一カーボンナノチューブ層１０２又は基板１００にレーザビームを照射する時間は、１．８秒より小さい。本実施形態において、前記レーザビームは、炭酸ガスレーザ装置により提供する。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。
【００６９】
前記ステップ（６１２）において利用したレーザ装置のパラメータが、第一エピタキシャル層１０４の材料に応じて選択される。レーザ装置のパラメータは、前記レーザ装置からのレーザビームが前記第一エピタキシャル層１０４を分解させない程度に設定されることが好ましい。例えば、前記第一エピタキシャル層１０４は、低温ＧａＮバッファ層及び高温ＧａＮエピタキシャル層を含む場合、前記低温ＧａＮバッファ層は、２４８ｎｍの波長のレーザに対しては強い吸収性を有するので、レーザ加熱法によって前記第一カーボンナノチューブ層１０２を除去するために、２４８ｎｍの波長のレーザを使用することを避ける。例えば、前記第一エピタキシャル層１０４は、低温ＧａＮバッファ層及び高温ＧａＮエピタキシャル層を含む場合、２４８ｎｍの波長のレーザを使用すると、前記低温ＧａＮバッファ層は、ＧａとＮ２に分解される。
【００７０】
例えば、前記基板１００が不透明の材料からなる場合、前記基板１００にレーザビームを照射すると、前記基板１００が加熱されて温度が上昇して、前記基板１００に接触した前記第一カーボンナノチューブ層１０２を加熱する。前記第一キャビティ１０３の内壁は、前記第一カーボンナノチューブ層１０２の前記第一キャビティ１０３におけるカーボンナノチューブとの間に、隙間を有するので、酸素ガス又は空気が前記第一キャビティ１０３を満たすことは容易である。このように、前記第一カーボンナノチューブ層１０２は、前記基板１００からの熱量を吸収するとともに酸素ガスの作用で酸化されて、二酸化炭素になることにより除去されることができる。
【００７１】
例えば、前記基板１００が透明材料からなる場合、前記基板１００にレーザビームを照射すると、レーザは前記基板１００を通して直接的に前記第一カーボンナノチューブ層１０２を照射する。この場合、前記第一カーボンナノチューブ層１０２は、容易に前記レーザーを吸収して酸化される。前記ステップ（Ｓ３０）から得られた第一のエピタキシャル構造体１０にレーザビームを照射する場合、レーザビームをエピタキシャル構造体１０に対して相対移動させて照射することができる。レーザビームは、前記第一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配向方向と平行方向又は垂直方向に沿って移動させることができる。レーザビームは、低いスピードで前記エピタキシャル構造体１０に対して相対移動する場合、前記第一カーボンナノチューブ層１０２が多くのエネルギーを吸収して短い時間で酸化されることができる。本実施形態において、レーザビームがエピタキシャル構造体１０に対して相対移動する速度は１０ｍｍ／ｓより小さい。
【００７２】
前記ステップ（６１２）において、前記ステップ（Ｓ３０）から得られた第一のエピタキシャル構造体１０を固定し、レーザビームを移動させることによってレーザで全体の基板１００を照射することができる。又は、レーザビームを固定し、前記エピタキシャル構造体１０を移動させることによってレーザで全体の基板１００を照射することができる。
【００７３】
前記第一カーボンナノチューブ層１０２を、炉内加熱法によって除去する場合、前記ステップ（Ｓ６０）は、前記ステップ（Ｓ３０）から得られた第一のエピタキシャル構造体１０を加熱炉内に配置するステップ（６２１）と、加熱炉で前記エピタキシャル構造体１０に対して加熱するステップ（６２２）と、を含む。
【００７４】
前記ステップ（６２１）において、前記加熱炉に対しては特に制限がなく、必要に応じて選択する。本実施形態では、前記加熱炉には、酸素ガス又は空気が充満されている。
【００７５】
前記ステップ（６２２）において、前記加熱炉を６００℃以上の温度に加熱させるが、好ましくは、６５０℃〜１２００℃の温度に加熱される。
【００７６】
図２３を参照すると、第四のエピタキシャル構造体２０ａ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の成長表面１０１に第一カーボンナノチューブ層１０２を配置するステップ（Ｓ２０）と、前記基板１００の成長表面１０１に第一エピタキシャル層１０４を成長させるステップ（Ｓ３０）と、前記第一エピタキシャル層１０４の表面１０６に第二カーボンナノチューブ層１０７を配置するステップ（Ｓ４０）と、第一エピタキシャル層１０４の第二カーボンナノチューブ層１０７が配置された表面１０６に第二エピタキシャル層１０９を成長させるステップ（Ｓ５０）と、前記第一カーボンナノチューブ層１０２及び第二カーボンナノチューブ層１０７を除去して、前記基板１００に第一エピタキシャル層１０４及び第二エピタキシャル層１０９が成長されたエピタキシャル構造体２０ａを得るステップ（Ｓ６０ａ）と、含む。
【００７７】
前記第四のエピタキシャル構造体２０ａの製造方法には、前記第二のエピタキシャル構造体１０ｃの製造方法と比べて、次の異なる点がある。ステップ（Ｓ５０）の後、更に前記第一カーボンナノチューブ層１０２及び第二エピタキシャル層１０９を除去するステップ（Ｓ６０ａ）を含む。前記ステップ（Ｓ６０ａ）は、前記第三のエピタキシャル構造体２０の製造方法のステップ（６０）に記載された方法によって行うことができる。
【００７８】
図２４を参照すると、第五のエピタキシャル構造体３０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の成長表面１０１にバッファ層１０４１を成長させるステップ（Ｓ８０）と、前記バッファ層１０４１の表面に第一カーボンナノチューブ層１０２を配置するステップ（Ｓ２０）と、前記バッファ層１０４１の表面に第一エピタキシャル層１０４を成長させ、エピタキシャル構造予備体を形成するステップ（Ｓ３０）と、前記基板１００を除去するステップ（Ｓ７０）と、を含む。
【００７９】
前記第五のエピタキシャル構造体３０の製造方法には、前記第一のエピタキシャル構造体１０の製造方法と比べて、次の異なる点がある。ステップ（Ｓ１０）及びステップ（Ｓ２０）の間に更に、前記基板１００の成長表面１０１にバッファ層１０４１を形成するステップ（Ｓ８０）と、前記ステップ（Ｓ３０）の後、更に前記基板１００を除去するステップ（Ｓ７０）と、を含む。
【００８０】
前記ステップ（Ｓ８０）において、前記バッファ層１０４１を、前記ステップ（３０）で提供された第一エピタキシャル層１０４の成長方法によって成長させることができる。前記バッファ層１０４１の厚さは、１０ｎｍ〜５０ｎｍであることができる。前記バッファ層１０４１の材料は、前記第一エピタキシャル層１０４と基板１００との間の格子不整合を低減することができるように前記基板１００の材質に応じて選択する。
【００８１】
前記ステップ（Ｓ７０）において、前記基板１００を除去するために、レーザ照射法、エッチング法又は熱膨張収縮法を利用することができる。前記基板１００を除去する方法は、前記基板１００、前記バッファ層１０４１及び前記第一エピタキシャル層１０４の材料によって選択する。
【００８２】
一つの例として、前記基板１００が、サファイアからなり、前記バッファ層１０４１が、低温ＧａＮ層であり、第一エピタキシャル層１０４が、高温ＧａＮ層である場合、前記基板１００をレーザ照射により除去することができる。この場合、前記ステップ（Ｓ７０）は、前記ステップ（Ｓ３０）からのエピタキシャル構造予備体の、前記基板１００の前記バッファ層１０４１が形成されない表面を研磨し、洗浄するステップ（Ｓ７０１）と、レーザビームを提供して、前記エピタキシャル構造予備体の基板１００を照射するステップ（Ｓ７０２）と、レーザビームによって照射されたエピタキシャル構造予備体を溶液に浸漬して、前記基板１００を除去することにより前記第五のエピタキシャル構造体３０を形成するステップ（Ｓ７０３）と、を含む。
【００８３】
前記ステップ（Ｓ７０１）において、レーザで前記基板１００を照射する場合、散乱現象の発生可能性を減少させるため、前記基板１００の表面を機械研磨法又は化学研磨法によって研磨して、滑らかな表面に加工することができる。さらに、前記基板１００の表面にある金属不純物、油汚れ等を除去するために、前記基板１００の表面を塩酸又は硫酸を用いて洗浄することができる。
【００８４】
前記ステップ（Ｓ７０２）において、前記エピタキシャル構造予備体の第一カーボンナノチューブ層１０２が酸化されることを防止するために、前記エピタキシャル構造予備体をレーザービームで照射することを、真空又は保護ガスの雰囲気で行う。前記保護ガスは、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等の一種又は数種であることができる。
【００８５】
前記基板１００の研磨された表面に、これに垂直に前記レーザビームを照射する。これにより、レーザビームを、前記基板１００と前記第一エピタキシャル層１０４の間に達させることができる。レーザの波長は、バッファ層１０４１及び基板１００の材料によって選択される。前記レーザビームのエネルギーが、前記基板１００のエネルギーバンドギャップより小さく、前記バッファ層１０４１のエネルギーバンドギャップより大きいことが好ましい。これにより、レーザーを前記基板１００を通じて前記バッファ層１０４１に到達させる。この場合、前記バッファ層１０４１は、レーザを吸収して、急速に加熱されて分解される。本実施形態において、前記バッファ層１０４１は、エネルギーバンドギャップが３．３ｅＶの低温ＧａＮ層であり、前記基板１００は、エネルギーバンドギャップが９．９ｅＶのサファイアであるので、前記レーザビームの、波長が２４８ｎｍであり、エネルギーが５ｅＶであり、パルス幅が２０ｎｓ〜４０ｎｓであり、エネルギー密度が４００ｍＪ／ｃｍ２〜６００ｍＪ／ｃｍ２であり、光スポットが０．５ｍｍの辺長を有する正方形である。前記レーザビームの前記基板１００での光スポットを、０．５ｍｍ／ｓの速度で基板１００に対して相対移動させる。この場合、前記低温ＧａＮバッファ層１０４１は、レーザを吸収して、ＧａとＮ２に分解される。しかし、前記波長のレーザが前記高温ＧａＮ第一エピタキシャル層１０４に吸収される量は少なく、又は吸収されないので、前記高温ＧａＮ第一エピタキシャル層１０４がレーザで前記基板１００を照射する過程で破壊されない。
【００８６】
前記ステップ（７０３）において、前記ステップ（７０２）において分解されたＧａを酸溶液に浸漬させて除去する。これにより、前記基板１００を前記第一エピタキシャル層１０４から分離させることができる。前記酸溶液は、塩酸、硫酸又は硝酸のような、Ｇａを溶解できる溶液である。前記ステップ（７０３）で得られた前記第五のエピタキシャル構造体３０において、前記第一カーボンナノチューブ層１０２は前記第一エピタキシャル層１０４の第一キャビティ１０３に位置されている。この原因は、前記ステップ（７０２）で、前記低温ＧａＮバッファ層１０４１がレーザで照射されてＧａとＮ２に分解される場合、前記Ｎ２の作用で前記バッファ層１０４１の表面に配置された前記第一カーボンナノチューブ層１０２は、前記バッファ層１０４１の表面に吸着するための力が弱くなる。従って、前記ステップ（７０３）で、Ｇａが酸溶液で溶解された場合、前記第一カーボンナノチューブ層１０２は前記第一エピタキシャル層１０４の第一キャビティ１０３に残ることになる。更に、前記第一エピタキシャル層１０４と前記バッファ層１０４１との間に第一カーボンナノチューブ層１０２が配置されているので、前記バッファ層１０４１は、前記第一エピタキシャル層１０４と相対的に小さな接触面を持ち、前記バッファ層１０４１を分解することにより、前記基板１００を前記第一エピタキシャル層１０４から分離する工程が容易になり、前記第一エピタキシャル層１０４に対しての損傷を減少させることができる。
【００８７】
もう一つの例として、前記基板１００が、ＳｉＣからなり、前記バッファ層１０４１が、ＡｌＮ層またはＴｉＮ層であり、第一エピタキシャル層１０４が、高温ＧａＮ層である場合、前記基板１００を、エッチング法でバッファ層１０４１をエッチングすることにより除去することができる。この場合、前記エッチング法に利用するエッチング液は、前記バッファ層１０４１及び／又は前記基板１００を溶解できるが、前記第一エピタキシャル層１０４を溶解できない溶液である。前記エッチング液は、ＮａＯＨ溶液、ＫＯＨ溶液又はＮＨ４ＯＨ溶液であることができるが、好ましくは、ＮａＯＨである。ここで、前記バッファ層１０４１が成長されず、前記第一エピタキシャル層１０４が直接的に前記基板１００に成長されることもある場合、直接的に前記基板１００を溶解できるエッチング液により前記基板１００を溶解させて除去する。
【００８８】
前記第一エピタキシャル層１０４と前記バッファ層１０４１の間に第一カーボンナノチューブ層１０２が配置されていることにより、前記第一エピタキシャル層１０４には、前記バッファ層１０４１と接触する界面に複数の第一キャビティ１０３が形成されているので、前記第一エピタキシャル層１０４は、前記バッファ層１０４１と相対的に小さな接触面を持ち、前記エッチング液が急速に前記バッファ層１０４１の、前記第一エピタキシャル層１０４との界面に展開されて、前記バッファ層１０４１を分解することができる。従って、前記基板１００を前記第一エピタキシャル層１０４から分離する工程が容易になり、前記第一エピタキシャル層１０４に対しての損傷を減少させることができる。
【００８９】
前記基板１００及び／又は前記バッファ層１０４１の材料が、前記第一エピタキシャル層１０４の材料に対して大きい熱膨張係数を有する場合、前記基板１００が熱膨張収縮法で除去されることができる。熱膨張収縮法で前記基板１００を除去する場合、前記エピタキシャル構造予備体を１０００℃以上の高温に加熱し、この後２分間〜２０分間で急速に低温（例えば室温又は２００℃以下）まで冷却される。この場合、前記基板１００と前記バッファ層１０４１との熱膨張係数、又は前記バッファ層１０４１と前記第一エピタキシャル層１０４との熱膨張係数が異なるので、前記基板１００と前記バッファ層１０４１の間の応力作用で、又は前記バッファ層１０４１と前記第一エピタキシャル層１０４の応力作用で、前記基板１００を除去することができる。前記エピタキシャル構造予備体を１０００℃以上の高温に加熱することは、前記第一カーボンナノチューブ層１０２に電流を通すことにより行うことができる。該方法によって得られたエピタキシャル構造体３０において、前記第一カーボンナノチューブ層１０２は前記第一エピタキシャル層１０４の第一キャビティ１０３に位置することもできる。
【００９０】
図２５及び図２６を参照すると、本実施形態のエピタキシャル結晶成長方法によって得られた第五のエピタキシャル構造体３０は、第一エピタキシャル層１０４及び第一カーボンナノチューブ層１０２を含む。前記第一エピタキシャル層１０４少なくとも一つのパターン化表面を有する。前記第一カーボンナノチューブ層１０２は、前記第一エピタキシャル層１０４のパターン化表面に埋め込まれている。前記第一カーボンナノチューブ層１０２は、複数の第一空隙１０５を含み、前記第一エピタキシャル層１０４の一部が前記複数の第一空隙１０５によって突出されている。前記第一エピタキシャル層１０４の隣接する突出部がそれぞれ前記第一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まれて複数の第一キャビティ１０３が形成される。前記第一キャビティ１０３は、溝又は止まり穴である。前記第一カーボンナノチューブ層１０２の一部のカーボンナノチューブが前記第一キャビティ１０３によって露出される。
【００９１】
更に、前記ステップ（Ｓ７０）の後に、前記第一カーボンナノチューブ層１０２を除去する工程を含むことができる。前記第一カーボンナノチューブ層１０２を除去する工程は、前記第三のエピタキシャル構造体２０の製造方法に利用したステップ（Ｓ６０）によって行う。又は、前記第一カーボンナノチューブ層１０２を、粘着テープで剥離する方法、洗浄、超音波処理方法及びブラシで研磨する方法等の一種又は数種方法によって除去することができる。
【００９２】
図２７を参照すると、第六のエピタキシャル構造体３０ａ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の成長表面１０１にバッファ層１０４１を成長させるステップ（Ｓ８０）と、前記バッファ層１０４１の表面に第一カーボンナノチューブ層１０２を配置するステップ（Ｓ２０）と、前記バッファ層１０４１の表面に第一エピタキシャル層１０４を成長させ、エピタキシャル構造予備体を形成するステップ（Ｓ３０）と、前記第一エピタキシャル層１０４に第二カーボンナノチューブ層１０７を配置するステップ（Ｓ４０）と、第一エピタキシャル層１０４の第二カーボンナノチューブ層１０７が配置された表面に第二エピタキシャル層１０９を成長させるステップ（Ｓ５０）と、前記基板１００を除去するステップ（Ｓ７０）と、を含む。
【００９３】
前記第六のエピタキシャル構造体３０ａの製造方法には、前記第二のエピタキシャル構造体１０ｃの製造方法と比べて、次の異なる点がある。ステップ（Ｓ１０）及びステップ（Ｓ２０）の間に、更に、前記基板１００の成長表面１０１にバッファ層１０４１を形成するステップ（Ｓ８０）を含み、前記ステップ（Ｓ５０）の後、更に、前記基板１００を除去するステップ（Ｓ７０）を含む。
【００９４】
図２８を参照すると、第七のエピタキシャル構造体４０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の成長表面１０１に第一カーボンナノチューブ層１０２を配置するステップ（Ｓ２０）と、前記基板１００の成長表面１０１にバッファ層１０４１を成長させるステップ（Ｓ８０）と、前記バッファ層１０４１の表面に第一エピタキシャル層１０４を成長させ、エピタキシャル構造予備体を形成するステップ（Ｓ３０）と、前記基板１００及び前記第一カーボンナノチューブ層１０２を除去するステップ（Ｓ７０ａ）と、を含む。
【００９５】
前記第七のエピタキシャル構造体４０の製造方法には、前記第五のエピタキシャル構造体３０の製造方法と比べて、次の異なる点がある。即ち、前記ステップ（Ｓ８０）は、ステップ（Ｓ１０）及びステップ（Ｓ２０）の間に行われず、ステップ（Ｓ２０）及びステップ（Ｓ３０）の間に行われる。前記ステップ（Ｓ３０）の後、前記基板１００を除去せず、前記基板１００及び第一カーボンナノチューブ層１０２を全体除去するステップ（Ｓ７０ａ）と、を含む。前記基板１００の成長表面１０１に第一カーボンナノチューブ層１０２を配置した後、前記ステップ（Ｓ８０）によって前記基板１００の成長表面１０１の上に、前記第一カーボンナノチューブ層１０２の第一空隙１０５の内にバッファ層１０４１が形成されているので、前記ステップ（Ｓ７０ａ）で、前記第五のエピタキシャル構造体３０の製造方法のステップ（Ｓ７０）によって前記基板１００を除去する場合、前記第一カーボンナノチューブ層１０２が前記基板１００に附着されて、前記基板１００と併せて除去されることができる。
【００９６】
図２９を参照すると、第八のエピタキシャル構造体５０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の成長表面１０１に第一カーボンナノチューブ層１０２を配置するステップ（Ｓ２０）と、前記基板１００の成長表面１０１に第一エピタキシャル層１０４を成長させるステップ（Ｓ３０）と、前記第一エピタキシャル層１０４の上にドープされた半導体エピタキシャル層１１２を成長させるステップ（Ｓ９０）と、含む。
【００９７】
前記第八のエピタキシャル構造体５０の製造方法には、前記第一のエピタキシャル構造体１０の製造方法と比べて、次の異なる点がある。ステップ（Ｓ３０）の後、更にステップ（Ｓ９０）を含む。
【００９８】
前記ステップ（Ｓ９０）において、前記ドープされた半導体エピタキシャル層１１２を形成する方法は以下の数種である。第一種では、前記第一エピタキシャル層１０４の上に更に真性半導体エピタキシャル層を成長させるための原料ガスにドーピング要素を含むガスを導入することにより、前記ドープされた半導体エピタキシャル層１１２を成長されることができる。前記ドープされた半導体エピタキシャル層１１２は、Ｎ型ドープされた半導体エピタキシャル層又はＰ型ドープされた半導体エピタキシャル層であることができる。本実施形態において、ＰＮ接合を形成するために、前記ドープされた半導体エピタキシャル層１１２は、Ｎ型ドープされた半導体エピタキシャル層１１２０及びＰ型ドープされた半導体エピタキシャル層１１２２を含む。好ましくは、前記Ｎ型ドープされた半導体エピタキシャル層１１２０及びＰ型ドープされた半導体エピタキシャル層１１２２の間に、更に活性層（図示せず）が形成されることができる。前記活性層は、単層量子井戸構造又は多層量子井戸構造を有することができる。アニーリング法によって前記ドープされた半導体エピタキシャル層１１２のドーピング要素をアクティブにすることができる。更に、前記ドープされた半導体エピタキシャル層１１２の前記基板から離れた方の表面に、高濃度にドープされた半導体電極接触層（図示せず）を形成することができる。
【００９９】
第二種では、ドーピング元素を含むガスを、直接に前記第一エピタキシャル層１０４を成長させるための原料ガスに混入することにより、ドープされた半導体エピタキシャル層１１２を、直接的に前記基板１００の成長表面に成長させることができる。
【０１００】
第三種では、前記第一エピタキシャル層１０４は、真性半導体エピタキシャル層として用いられて、前記ドープされた半導体エピタキシャル層１１２を形成するためにドーピング元素を含むガスを原料ガスに混入するステップを、前記ステップ（Ｓ３０）の後に行うことにより、前記第一エピタキシャル層１０４の上に前記ドープされた半導体エピタキシャル層１１２を成長させることができる。更に、前記ドープされた半導体エピタキシャル層１１２を、真性半導体エピタキシャル層に、熱拡散又はイオン注入等の方法によってドープすることで形成することができる。
【０１０１】
図３０及び図３１を参照すると、前記製造方法によって得られた第八のエピタキシャル構造体５０は、基板１００と、第一カーボンナノチューブ層１０２と、第一エピタキシャル層１０４と、ドープされた半導体エピタキシャル層１１２と、を含む。前記第八のエピタキシャル構造体５０には、前記第一のエピタキシャル構造体１０と比べて、次の異なる点がある。前記第一エピタキシャル層１０４は、真性半導体エピタキシャル層であり、前記真性半導体エピタキシャル層の上に更に、ドープされた半導体エピタキシャル層１１２が形成されている。前記ドープされた半導体エピタキシャル層１１２は、ＰＮ接合を形成するためのＮ型ドープされた半導体エピタキシャル層１１２０及びＰ型ドープされた半導体エピタキシャル層１１２２を含む。本実施形態において、前記Ｎ型ドープされた半導体エピタキシャル層１１２０及びＰ型ドープされた半導体エピタキシャル層１１２２の間に、更に活性層（図示せず）が配置されることができる。前記活性層は、単層量子井戸構造または多層量子井戸構造を有することができる。更に、前記ドープされた半導体エピタキシャル層１１２の前記基板から離れた方の表面に、高濃度ドープされた半導体電極接触層（図示せず）が配置されることができる。ここで、一つの例として、前記第八のエピタキシャル構造体５０に、前記真性半導体エピタキシャル層とする第一エピタキシャル層１０４を省略して、前記ドープされた半導体エピタキシャル層１１２が直接的に前記基板１００の成長表面１０１に接触するように配置されることができる。
【０１０２】
図３２を参照すると、第九のエピタキシャル構造体６０の製造方法は、結晶成長するための成長表面１０１を有する基板１００を提供するステップ（Ｓ１０）と、前記基板１００の成長表面１０１の上に第一カーボンナノチューブ層１０２を懸架するように配置するステップ（Ｓ２０ａ）と、前記基板１００の成長表面１０１に第一エピタキシャル層１０４を成長させるステップ（Ｓ３０）と、含む。
【０１０３】
前記第九のエピタキシャル構造体６０の製造方法には、前記第一のエピタキシャル構造体１０の製造方法と比べて、次の異なる点がある。ステップ（Ｓ２０ａ）は、ステップ（Ｓ２０）と異なり、前記ステップ（Ｓ２０ａ）において、前記第一カーボンナノチューブ層１０２を前記基板１００の成長表面１０１に接触するように配置せず、前記基板１００の成長表面１０１の上に第一カーボンナノチューブ層１０２を懸架するように配置する。
【０１０４】
前記ステップ（Ｓ２０ａ）において、前記第一カーボンナノチューブ層１０２は、自立構造を有する。前記第一カーボンナノチューブ層１０２は、前記基板１００の成長表面１０１に所定に距離をおいて配置される。前記第一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の成長表面１０１に平行して延伸する。前記第一カーボンナノチューブ層１０２の前記成長表面１０１での正投影が、全体の前記基板１００の成長表面１０１を覆い、又は前記基板１００の成長表面１０１の面積より小さいことができる。前記第一カーボンナノチューブ層１０２と前記基板１００の成長表面１０１との間の距離は、１０ｎｍ〜５００μｍであるが、好ましくは、５０ｎｍ〜１００μｍであり、より好ましくは、１０μｍである。
【０１０５】
前記ステップ（Ｓ２０ａ）は、第一支持体１１４及び第二支持体１１６を提供し、前記第一支持体１１４及び第二支持体１１６を間隔を置いて配置するステップ（Ｓ２０１）と、前記基板１００を、前記第一支持体１１４及び第二支持体１１６の間に配置するステップ（Ｓ２０２）と、前記第一カーボンナノチューブ層１０２を、前記第一支持体１１４及び第二支持体１１６によって前記基板１００の上に懸架するように配置するステップ（Ｓ２０３）と、を含む。
【０１０６】
前記ステップ（Ｓ２０１）において、前記第一支持体１１４及び第二支持体１１６は、金属、合金、ポリマー、ガラス又はセラミックなどの材料からなることができる。前記第一支持体１１４及び第二支持体１１６の間の距離に対しては特に制限がなく、必要に応じて選択することができる。好ましくは、前記第一支持体１１４及び第二支持体１１６の間に、これらによって支持された第一カーボンナノチューブ層１０２の正投影が、全体の前記基板１００の成長表面１０１を覆うことができる程度に、前記第一支持体１１４及び第二支持体１１６の間の距離が設定される。本実施形態において、前記第一支持体１１４及び第二支持体１１６の間の距離は、基板１００の寸法より大きい。前記第一支持体１１４及び第二支持体１１６の高さは、前記基板１００の厚さより高い。
【０１０７】
前記ステップ（Ｓ２０３）において、前記第一カーボンナノチューブ層１０２の対向する両端の縁部の、一端の縁部を前記第一支持体１１４に掛け、もう一端の縁部を前記第二支持体１１６に掛ける。前記第一支持体１１４及び第二支持体１１６の間における前記第一カーボンナノチューブ層１０２は、前記第一支持体１１４及び第二支持体１１６によって、ぴんと張られ、懸架される。前記第一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、前記第一支持体１１４から第二支持体１１６までの方向に沿って延伸される。前記第一カーボンナノチューブ層１０２は、前記第一支持体１１４及び第二支持体１１６に導電性接着剤によって固定されることができる。
【０１０８】
前記ステップ（Ｓ３０）において、前記第一エピタキシャル層１０４は、第一段階で、前記基板１００の成長表面１０１から開始して成長し、第二段階で、前記第一カーボンナノチューブ層１０２に達すると、前記第一エピタキシャル層１０４は、前記成長表面１０１に垂直な方向に前記第一カーボンナノチューブ層１０２の複数の第一空隙１０５を通じて成長し、第三段階で、横方向に成長する。これにより、各々の段階で成長された前記第一エピタキシャル層１０４が共に、前記第一カーボンナノチューブ層１０２を囲むように結合できる。従って、前記第一エピタキシャル層１０４に複数の第一キャビティ１０３が形成される。更に、前記第一カーボンナノチューブ層１０２に電流を通すことにより、前記エピタキシャル構造体６０に対して加熱することができる。前記第一カーボンナノチューブ層１０２に電流を通すことは、前記第一支持体１１４及び第二支持体１１６によって実現することができる。
【０１０９】
図３３を参照すると、前記第九のエピタキシャル構造体６０は、基板１００と、第一エピタキシャル層１０４と、第一カーボンナノチューブ層１０２と、を含む。前記第一エピタキシャル層１０４は、前記基板１００の上に配置される。前記第一カーボンナノチューブ層１０２は、前記第一エピタキシャル層１０４の内部に、記第一エピタキシャル層１０４によって囲まれるように配置される。前記第九のエピタキシャル構造体６０には、前記第一のエピタキシャル構造体１０と比べて、次の異なる点がある。前記第一エピタキシャル層１０４の内部に複数の第一キャビティ１０３が形成されている。前記複数の第一キャビティ１０３は、前記第一エピタキシャル層１０４の内部の同じ平面に配置されている。前記第一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、前記複数の第一キャビティ１０３は、間隔をおいて平行するように配置されたトンネルである。前記第一カーボンナノチューブ層１０２が、間隔をおいて交差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り、又は複数のカーボンナノチューブワイヤを編むことで形成されたカーボンナノチューブネットである場合、前記複数の第一キャビティ１０３は、相互接続されて交差のトンネルになることができる。前記第一キャビティ１０３の断面は、円形にすることができる。この場合、前記第一キャビティ１０３の直径は、２ｎｍ〜２００μｍである。好ましくは、前記第一キャビティ１０３の直径は、２ｎｍ〜２００ｎｍである。
【０１１０】
図３４に示すように、もう一つの実施形態として、前記ステップ（Ｓ２０ａ）において、二層第一カーボンナノチューブ層１０２を前記基板１００の成長表面１０１の上に懸架するように配置することができる。この場合、前記二層第一カーボンナノチューブ層１０２が、前記基板１００の成長表面１０１に垂直な方向に間隔を置いて、互いに平行するように配置される。前記二層第一カーボンナノチューブ層１０２の間の距離は１０ｎｍ〜５００μｍである。更に、複数の第一カーボンナノチューブ層１０２を前記基板１００の成長表面１０１の上に、前記基板１００の成長表面１０１に垂直な方向に間隔を置いて、互いに平行するように懸架して配置することができる。この場合、隣接する第一カーボンナノチューブ層１０２の間の距離は同じである。図３５に示すように、例えば一つの例としてエピタキシャル構造体６０ａは、基板１００と、第一エピタキシャル層１０４と、二つの第一カーボンナノチューブ層１０２と、を含む。前記第一エピタキシャル層１０４は、前記基板１００の上に配置される。前記二つの第一カーボンナノチューブ層１０２は、前記第一エピタキシャル層１０４の内部に互いに間隔をおいて配置される。
【０１１１】
図３６を参照すると、第十のエピタキシャル構造体７０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の成長表面１０１に第一カーボンナノチューブ層１０２を配置するステップ（Ｓ２０）と、前記基板１００の成長表面１０１に互いに間隔をおいて成長された複数の第一エピタキシャル結晶粒１０４２を含む第一エピタキシャル層１０４を成長させるステップ（Ｓ３０ａ）と、含む。
【０１１２】
前記第十のエピタキシャル構造体７０の製造方法には、前記第一のエピタキシャル構造体１０の製造方法と比べて、次の異なる点がある。ステップ（Ｓ３０ａ）は、ステップ（Ｓ３０）と異なり、前記ステップ（Ｓ３０ａ）において、連続的な前記第一エピタキシャル層１０４を形成せず、前記第一カーボンナノチューブ層１０２のカーボンナノチューブによって間隔された複数の第一エピタキシャル結晶粒１０４２からなる非連続的な構造体を形成する。
【０１１３】
前記ステップ（Ｓ３０ａ）において、前記複数の第一エピタキシャル結晶粒１０４２は、前記第一カーボンナノチューブ層１０２の複数の第一空隙１０５によって露出した前記基板の成長表面１０１から成長される。前記第一エピタキシャル層１０４の成長時間を制御することにより、前記第一エピタキシャル層１０４の厚さを制御することができる。しかし、前記第一エピタキシャル層１０４における複数の第一エピタキシャル結晶粒１０４２が互いに間隔をおいて連続しないことを保証する。前記複数の第一エピタキシャル結晶粒１０４２は共に、パターン化された空間を形成することができる。前記第一カーボンナノチューブ層１０２が、前記パターン化された空間に位置する。前記パターン化された空間は、前記パターン化された第一カーボンナノチューブ層１０２のパターンに応じる。前記第一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、前記パターン化された空間は、間隔をおいて平行するように配置された複数の溝からなる。前記第一カーボンナノチューブ層１０２が、間隔をおいて交差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り、又は複数のカーボンナノチューブワイヤを編みことで形成されたカーボンナノチューブネットである場合、前記パターン化された空間は、相互接続されて交差の溝からなることができる。
【０１１４】
更に、前記ステップ（Ｓ３０ａ）の後に、前記第一カーボンナノチューブ層１０２を除去する工程を行うことができる。前記第一カーボンナノチューブ層１０２を除去する工程は、前記第三のエピタキシャル構造体２０の製造方法に利用したステップ（Ｓ６０）によって行う。又は、前記第一カーボンナノチューブ層１０２を、粘着テープで剥離する方法、洗浄、超音波処理方法及びブラシで研磨する方法等の一種又は数種方法によって除去することができる。
【０１１５】
図３７を参照すると、前記エピタキシャル構造体７０は、基板１００と、第一エピタキシャル層１０４と、第一カーボンナノチューブ層１０２と、を含む。前記第一エピタキシャル層１０４は、前記基板１００の上に配置される。前記第一エピタキシャル層１０４は、前記第一カーボンナノチューブ層１０２のカーボンナノチューブによって間隔された複数の第一エピタキシャル結晶粒１０４２からなる非連続的な構造体である。前記第一エピタキシャル層１０４は、パターン化された構造を有する。前記第一エピタキシャル層１０４は、前記第一カーボンナノチューブ層１０２に応じた形状を有している。前記第一エピタキシャル結晶粒１０４２の形状は、前記第一カーボンナノチューブ層１０２の第一空隙１０５によって決められる。例えば、前記第一空隙１０５が円孔である場合、前記第一エピタキシャル結晶粒１０４２は、円柱体であることができる。前記第一空隙１０５が間隙である場合、前記第一エピタキシャル結晶粒１０４２は、長方体であることができる。
【０１１６】
図３８を参照すると、第十一のエピタキシャル構造体７０ａ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の成長表面１０１に第一カーボンナノチューブ層１０２を配置するステップ（Ｓ２０）と、前記基板１００の成長表面１０１にバッファ層１０４１を成長させるステップ（Ｓ８０）と、前記バッファ層１０４１の表面に第一エピタキシャル層１０４を成長させ、エピタキシャル構造予備体を形成するステップ（Ｓ３０）と、前記第一エピタキシャル層１０４の表面１０６に第二カーボンナノチューブ層１０７を配置するステップ（Ｓ４０）と、前記第一エピタキシャル層１０４の表面に互いに間隔をおいて成長された複数の第二エピタキシャル結晶粒１０９２を含む第二エピタキシャル層１０９を成長させるステップ（Ｓ５０ａ）と、含む。
【０１１７】
前記第十一のエピタキシャル構造体７０ａの製造方法には、前記第七のエピタキシャル構造体４０の製造方法と比べて、次の異なる点がある。ステップ（Ｓ３０）の後に、ステップ（Ｓ７０ａ）を行わず、ステップ（Ｓ３０）の後に、更に、ステップ（Ｓ４０）及びステップ（Ｓ５０ａ）を行う。
【０１１８】
更に、前記ステップ（Ｓ５０ａ）の後に、前記第二カーボンナノチューブ層１０７を除去する工程を行うことにより、第十二のエピタキシャル構造体７０ｂを形成することができる。前記第二カーボンナノチューブ層１０７を除去する工程は、前記第三のエピタキシャル構造体２０の製造方法に利用したステップ（Ｓ６０）によって行う。又は、前記第二カーボンナノチューブ層１０７を、粘着テープで剥離する方法、洗浄、超音波処理方法及びブラシで研磨する方法等の一種又は数種方法によって除去することができる。
【０１１９】
更に、前記第二カーボンナノチューブ層１０７を除去する工程の後に、前記基板１００及び前記第一カーボンナノチューブ層１０２を除去する工程を行うことにより、第十三のエピタキシャル構造体７０ｃを形成することができる。前記基板１００及び前記第一カーボンナノチューブ層１０２を除去する工程は、第七のエピタキシャル構造体４０の製造方法に利用したステップ（Ｓ７０ａ）によって行う。
【０１２０】
図３９を参照すると、前記第十一のエピタキシャル構造体７０ａは、基板１００と、第一エピタキシャル層１０４と、第一カーボンナノチューブ層１０２と、第二カーボンナノチューブ層１０７と、第二エピタキシャル層１０９と、を含む。前記第十一のエピタキシャル構造体７０ａには、第二のエピタキシャル構造体１０ｃと比べて、次の異なる点がある。前記第二エピタキシャル層１０９は、前記第二カーボンナノチューブ層１０７のカーボンナノチューブによって間隔された複数の第二エピタキシャル結晶粒１０９２からなる非連続的な構造体である。前記第二エピタキシャル層１０９は、パターン化された構造を有する。前記第二エピタキシャル層１０９は、前記第二カーボンナノチューブ層１０９に応じた形状を有している。更に、前記基板１００及び第一エピタキシャル層１０４の間にバッファ層１０４１が配置されている。前記バッファ層１０４１は、基板１００上に、前記第一カーボンナノチューブ層１０２の第一空隙１０５に位置している。
【０１２１】
図４０を参照すると、前記第十二のエピタキシャル構造体７０ｂは、基板１００と、第一エピタキシャル層１０４と、第一カーボンナノチューブ層１０２と、第二エピタキシャル層１０９と、を含む。前記第十二のエピタキシャル構造体７０ｂには、第十一のエピタキシャル構造体７０ａと比べて、次の異なる点がある。前記第二エピタキシャル層１０９のパターン化された空間にカーボンナノチューブ層が配置されていない。
【０１２２】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【０１２３】
（実施例１）
本実施例において、基板はＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）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（有機金属化学気相蒸着法）によって前記ＳＯＩ基板に成長される。高純度のアンモニア（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、ＳＯＩ基板のエピタキシャル成長表面に配置される。エピタキシャル層の成長工程は、カーボンナノチューブ膜が配置されたＳＯＩ基板を真空反応室に配置し、前記反応室を１０７０℃まで加熱する段階（ａ）と、キャリヤガス、Ｇａの原料ガス及び窒素源ガスを反応室に導入する段階（ｂ）と、１０７０℃で４５０秒間にわたって主に縦方向に結晶成長させて、間隔を有するエピタキシャル結晶粒を形成する段階（ｃ）と、前記反応室の温度を１１１０℃まで昇温し、Ｇａの原料ガスの流量を減少させ、反応室のガス圧を変化させず、窒素源ガスの流量を維持して、１１１０℃で４９００秒間にわたって前記エピタキシャル結晶粒から横方向に結晶成長させることにより、ＧａＮエピタキシャル膜を形成する段階（ｄ）と、前記反応室の温度を１０７０℃まで下げ、Ｇａの原料ガスの流量を増加させて、１０７０℃で１００００秒間にわたってＧａＮエピタキシャル膜により縦方向に結晶成長させてＧａＮエピタキシャル層を形成する段階（ｅ）と、を含む。
【０１２４】
前記実施例１によって得られたエピタキシャル構造体をＳＥＭ及びＴＥＭにより観察すると、図４１及び図４２に示すように、色の暗い領域は、エピタキシャル層であり、色の明るい領域が基板である。前記エピタキシャル層の、前記基板と接続する領域に複数の溝が形成されている。前記エピタキシャル層に形成された複数の溝が、前記基板で閉塞されて複数のトンネルになる。前記カーボンナノチューブ膜のカーボンナノチューブは、前記トンネルの中に位置する。
【０１２５】
（実施例２）
本実施例において、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。前記エピタキシャル層の成長工程は、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段階（ａ）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段階（ｂ）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段階（ｃ）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段階（ｄ）と、を含む。
【０１２６】
前記実施例２によって得られたエピタキシャル構造体をＳＥＭ及びＴＥＭにより観察されると、図４３及び図４４に示すように、色の暗い領域は、エピタキシャル層であり、色の明るい領域が基板である。前記エピタキシャル層の、前記基板との接続所に複数の溝が形成されている。前記エピタキシャル層に形成された複数の溝が、前記基板で閉塞されて複数のトンネルになる。前記カーボンナノチューブ膜のカーボンナノチューブは、前記トンネルにおける。
【０１２７】
（実施例３）
本実施例のエピタキシャル層の成長工程には、実施例２のエピタキシャル層の成長工程と比べて、次の異なる点がある。実施例２のエピタキシャル層の成長工程の段階（ｄ）の後に、更にレーザビームで実施例２によって得られたエピタキシャル構造体を照射する段階（ｅ）を含む。段階（ｅ）において、レーザビームの作用でカーボンナノチューブ膜を酸化させることにより除去する。炭酸ガスレーザ装置によってレーザビームを提供する。前記炭酸ガスレーザ装置の、電力が３０Ｗであり、レーザの波長が１０．６μｍであり、レーザスポットの直径が３ｍｍである。レーザのパワー密度は、０．０５３×１０１２Ｗ／ｍ２である。レーザビームを照射する時間は、１．８秒より短い。
【０１２８】
（実施例４）
本実施例において、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層をＭＯＣＶＤ法によって前記サファイア基板に成長させる。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。前記エピタキシャル層の成長工程は、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段階（ａ）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段階（ｂ）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℃までに昇温して、３０秒間〜３００秒間にアニーリング処理する段階（ｃ）と、前記低温ＧａＮバッファ層の上に単層のカーボンナノチューブ膜を配置する段階（ｄ）と、前記反応室の温度を１０００℃〜１１００℃に維持し、Ｇａの原料ガスを再びに導入することにより、前記低温ＧａＮバッファ層の上にエピタキシャル層を成長させ、エピタキシャル構造体を形成する段階（ｅ）と、真空環境でレーザビームにより前記エピタキシャル構造体を照射する段階（ｆ）と、を含む。
【０１２９】
前記段階（ｆ）において、前記レーザビームの、波長が２４８ｎｍであり、エネルギーが５ｅＶであり、パルス幅が２０ｎｓ〜４０ｎｓであり、エネルギー密度が４００ｍＪ／ｃｍ２〜６００ｍＪ／ｃｍ２であり、光スポットが０．５ｍｍの辺長を有する正方形である。前記レーザビームの前記サファイア基板での光スポットを、０．５ｍｍ／ｓの速度で基板１００に対して相対移動させる。この場合、前記低温ＧａＮバッファ層は、レーザを吸収して、ＧａとＮ２に分解される。前記Ｇａを塩酸溶液に浸漬させ、前記サファイア基板を、前記エピタキシャル層から分離させ、前記カーボンナノチューブ膜を前記エピタキシャル層の内に残す。
【０１３０】
（実施例５）
本実施例において、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せる。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、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）をＩｎの原料ガスとして、シラン（ＳｉＨ４）をＳｉの原料ガスとして、フェロセンマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）をＭｇの原料ガスとして、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。前記エピタキシャル層の成長工程は、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段階（ａ）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、前記反応室のガス圧を５００トル〜６００トルに維持し、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段階（ｂ）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、前記反応室のガス圧を１１００トル〜１２００トルに維持して、３０秒間〜３００秒間にわたってアニーリング処理する段階（ｃ）と、前記反応室の温度を１０００℃〜１１００℃に維持し、前記反応室のガス圧を１００トル〜３００トルに維持し、Ｇａの原料ガスを再びに導入する同時にＳｉの原料ガスを導入して、３μｍのＳｉがドープされたＮ型のＧａＮエピタキシャル層を成長させる段階（ｄ）と、Ｓｉの原料ガスの導入を停止し、前記反応室の温度を７００℃〜９００℃に維持し、前記反応室のガス圧を５０トル〜５００トルに維持し、原料ガスを導入して、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ系多層量子井戸構造体を成長させ、ここで、ＩｎＧａＮ層の厚さが２ｎｍ〜５ｎｍであり、ＧａＮ層の厚さが５ｎｍ〜２０である段階（ｅ）と、原料ガスの導入を停止し、前記反応室の温度を１０００℃〜１１００℃に維持し、前記反応室のガス圧を７６トル〜２００トルに維持し、Ｍｇの原料ガスを導入して、１００ｎｍ〜２００ｎｍのＭｇがドープされたＰ型のＧａＮエピタキシャル層を成長させる段階（ｆ）と、窒素源ガスの導入を停止し、前記反応室の温度を７００℃〜８００℃に保持して、１０分間〜２０分秒間にわたってアニーリング処理する段階（ｇ）と、を含む。
【符号の説明】
【０１３１】
１０、１０ａ、１０ｂ  第一のエピタキシャル構造体
１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ  第二のエピタキシャル構造体
１００  基板
１０１  成長表面
１０２  第一カーボンナノチューブ層
１０３  第一キャビティ
１０４  第一エピタキシャル層
１０５  第一空隙
１００ａ  ベース
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
１０４２  第一エピタキシャル結晶粒
１０４４  第一エピタキシャル膜
１０６  第一エピタキシャル層の表面
１０７  第二カーボンナノチューブ層
１０８  第二空隙
１０９  第二エピタキシャル層
１１０  第二キャビティ
１０９２  第二エピタキシャル結晶粒
１０９４  第二エピタキシャル膜
２０  第三のエピタキシャル構造体
２０ａ  第四のエピタキシャル構造体
１０４１  バッファ層
３０  第五のエピタキシャル構造体
４０  第七のエピタキシャル構造体
１１２０  Ｎ型ドープされた半導体エピタキシャル層
１１２２  Ｐ型ドープされた半導体エピタキシャル層
１１２  ドープされた半導体エピタキシャル層
５０  第八のエピタキシャル構造体
１１４  第一支持体
１１６  第二支持体
６０、６０ａ  第九のエピタキシャル構造体
７０  第十のエピタキシャル構造体
７０ａ  第十一のエピタキシャル構造体
７０ｂ  第十二のエピタキシャル構造体
７０ｃ  第十三のエピタキシャル構造体
【図１】
0005931401.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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