DE102018213434A1 - Verfahren zur Herstellung von Galliumnitridsubstrat unter Verwendung der Multiionimplantation - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Galliumnitridsubstrat unter Verwendung der Multiionimplantation Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats unter Verwendung einer Vielzahl von Ionenimplantationsprozessen. Ein Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats unter Verwendung einer Vielzahl von Ionenimplantationsprozessen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Schritt des Ausbildens eines Bindungsoxidfilms auf dem ersten Galliumnitrid; einen Schritt des Durchführens einer ersten Ionenimplantation für eine Oberfläche des ersten Galliumnitrids, auf der der Bindungsoxidfilm ausgebildet ist, mindestens einmal, um eine beschädigte Schicht zu bilden, wodurch ein Durchbiegen des ersten Galliumnitrids aufgehoben wird; einen Schritt zum Durchführen einer zweiten Ionenimplantation für die Oberfläche des ersten Galliumnitrids, auf der der Bindungsoxidfilm ausgebildet ist, um eine Blasenschicht zu bilden; einen Schritt des Verbindens des Bindungsoxidfilms des ersten Galliumnitrids mit einem temporären Substrat; einen Schritt des Trennens des ersten Galliumnitrids unter Verwendung der Blasenschicht, um eine Keimschicht zu bilden; und einen Schritt des Erlaubens des Wachstums des zweiten Galliumnitrids unter Verwendung der Keimschicht, um Galliumnitrid in Masse zu bilden.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats unter Verwendung einer Vielzahl von Ionenimplantations-verfahren und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats mit hoher Qualität und geringer Defektdichte durch Verhindern des Verbiegens und Reißens des Galliumnitridsubstrats.
  • Beschreibung des verwandten Standes der Technik
  • Die Leistung und Lebensdauer von Halbleitervorrichtungen, wie etwa Laserdioden und Leuchtdioden, werden durch verschiedene Faktoren bestimmt, die die Vorrichtung bilden, und werden insbesondere durch ein Basissubstrat beeinflusst, auf dem Elemente gestapelt sind. Es sind mehrere Verfahren zur Herstellung eines hochqualitativen Halbleitersubstrats vorgeschlagen worden. Außerdem nimmt das Interesse an III-V-Verbindungshalbleitersubstraten zu.
  • Ein Galliumnitridsubstrag (GaN) ist ein typisches Gruppe-III-V-Verbindungshalbleitersubstrat. Zusätzlich zu einem GaAs-Substrat und einem InP-Substrat wird das GaN-Substrat geeigneterweise für eine Halbleitervorrichtung verwendet. Die Herstellungskosten des GaN-Substrats sind jedoch viel höher als diejenigen des GaAs-Substrats oder des InP-Substrats.
  • In GaN-Substraten ist eine Kristallwachstumsgeschwindigkeit gering, da das Kristallwachstum durch ein Dampfphasenverfahren wie Hydriddampfphasenepitaxie (HVPE) oder metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) erreicht wird. Zum Beispiel kann lediglich eine kristalline GaN-Masse mit einer Dicke von etwa 10 mm in einer Kristallwachstumszeit von 100 Stunden erhalten werden. Aus einem Kristall mit einer solchen Dicke kann lediglich eine kleine Anzahl von GaN-Substraten, z. B. 10 GaN-Substraten, mit einer Dicke von etwa 200 µm bis 400 µm erhalten werden.
  • Wenn jedoch die Dicke von GaN-Filmen, die aus der kristallinen GaN-Masse ausgeschnitten sind, reduziert wird, um eine größere Anzahl von GaN-Substraten zu erhalten, wird die mechanische Festigkeit verringert, so dass selbsttragende Substrate nicht gebildet werden können. Dementsprechend bestand ein Bedarf an einem Verfahren, das in der Lage ist, die Festigkeit von aus einer kristallinen GaN-Masse ausgeschnittenen dünnen GaN-Filmen zu garantieren.
  • Herkömmlicherweise wurde ein Substratherstellungsverfahren zum Verbinden eines GaN-Dünnfilms an ein Substrat mit einer chemischen Zusammensetzung, die sich von GaN unterscheidet, verwendet, um die Festigkeit eines GaN-Dünnfilms zu verstärken. Gebundene Substrate, die mit diesem Verfahren hergestellt wurden, zeigten jedoch das Problem, dass ein Substrat, das ein von einem GaN-Dünnfilm unterschiedlicher Typ ist, in einem Prozess des Laminierens einer Halbleiterschicht auf dem GaN-Dünnfilm leicht von dem GaN-Dünnfilm abgelöst wird.
  • Um diese Probleme anzugehen, haben die japanische Patentanmeldung 2011-243968 A , die koreanische Patentschrift 10-1581044 B und die japanische Patentanmeldung 2012-243792 A Verfahren zum Trennen eines Dünnfilms durch Ionenimplantation vorgeschlagen. Bei solchen herkömmlichen Dünnfilmtrennverfahren unter Verwendung von Ionenimplantation werden Wasserstoff-, Helium- oder Stickstoffionen in eine Oberfläche der kristallinen GaN-Masse implantiert, um mit einem Substrat verbunden zu werden, das ein von der kristallinen GaN-Masse unterschiedlicher Typ ist, um eine beschädigte Schicht zu bilden und die kristalline GaN-Masse einschließlich der darauf gebildeten beschädigten Schicht wird direkt an das Substrat verbunden und dann einer Wärmebehandlung unterzogen, gefolgt von Abtrennen der kristallinen GaN-Masse auf der beschädigten Schicht, um ein mit einem dünnen GaN-Film verbundenes Substrat herzustellen.
  • Die herkömmlichen Verfahren schädigen jedoch Kristalle innerhalb der kristallinen GaN-Masse, wodurch sie zu einer Erscheinungsverformung, wie einer Durchbiegung, führen. Da es unmöglich ist, kristalline GaN-Masse zu recyceln, steigen zusätzlich die Herstellungskosten.
  • O. Moutanabbir schlug auch ein Verfahren zur Herstellung eines GaN-Substrats vor, bei dem Wasserstoffionen in beide Seiten eines GaN-Substrats implantiert werden, um das Durchbiegen eines GaN-Substrats zu reduzieren. Dieses Verfahren zeigte jedoch das Problem, dass mehrere Schichten eines GaN-Substrats aufgrund von Wasserstoffionen, die auf beiden Seiten des GaN-Substrats implantiert sind, beschädigt werden und somit die Qualität des GaN-Substrats verschlechtert wird. Zusätzlich zeigte das Verfahren ein Problem, dass ein Prozess kompliziert ist, da thermisches Tempern nach der Ionenimplantation durchgeführt wird.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Daher wurde die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die obigen Probleme gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats bereitzustellen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine erste Ionenimplantation mindestens einmal durchgeführt wird, um das Durchbiegen des ersten Galliumnitrids zu verringern und dann das Ausführen einer zweiten Ionenimplantation, um das Biegen und Reißen des Galliumnitridsubstrats anzugehen, die als Hauptfaktoren die Produktionsausbeute beeinflussen.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats mit hoher Qualität und geringer Defektdichte bereitzustellen, um sowohl ein Durchbiegungsphänomen als auch ein Rissbildungsphänomen eines Galliumnitridsubstrats zu verhindern.
  • Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats bereitzustellen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man ein zweites Galliumnitrid, das als Keimschicht verwendet wird, auf einer Ga-Fläche des ersten Galliumnitrids ermöglicht zu wachsen, um ein Defektverhältnis eines Galliumnitridsubstrats zu verringern.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können die obigen und andere Aufgaben durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gelöst werden, wobei das Verfahren einen Schritt des Bildens eines Bindungsoxidfilms auf dem ersten Galliumnitrid umfasst; einen Schritt des Durchführens einer ersten Ionenimplantation für eine Oberfläche des ersten Galliumnitrids, auf der der Bindungsoxidfilm ausgebildet ist, mindestens einmal, um eine beschädigte Schicht zu bilden, wodurch eine Durchbiegung des ersten Galliumnitrids aufgehoben wird; einen Schritt des Durchführens einer zweiten Ionenimplantation für die Oberfläche des ersten Galliumnitrids, auf der der Bindungsoxidfilm ausgebildet ist, um eine Blasenschicht zu bilden; einen Schritt des Verbindens des Bindungsoxidfilms des ersten Galliumnitrids mit einem temporären Substrat; einen Schritt des Trennens des ersten Galliumnitrids unter Verwendung der Blasenschicht, um eine Keimschicht zu bilden; und einen Schritt, das Wachstums des zweiten Galliumnitrids unter Verwendung der Keimschicht zu ermöglichen, um Galliumnitrid in Masse zu bilden.
  • In dem Schritt des Bildens kann eine Dicke der beschädigten Schicht gemäß einer Beschleunigungsspannung der ersten Ionenimplantation gesteuert werden.
  • Ein Krümmungsgrad des ersten Galliumnitrids kann entsprechend der Dicke der beschädigten Schicht gesteuert werden.
  • Die Blasenschicht kann in einer Tiefe von 0,1 µm bis 4 µm von der Oberfläche des ersten Galliumnitrids gebildet werden.
  • Die Ionenimplantation für die Blasenschicht kann unter Verwendung von mindestens einem von Wasserstoff, Helium, Stickstoff und Argon durchgeführt werden.
  • Das erste Galliumnitrid kann eine N-Fläche und eine Ga-Fläche umfassen.
  • In dem Schritt des Durchführens der zweiten Ionenimplantation kann die Blasenschicht auf der Ga-Fläche des ersten Galliumnitrids gebildet werden.
  • In dem Schritt des Durchführens der zweiten Ionenimplantation kann ferner eine Wärmebehandlung für die Blasenschicht durchgeführt werden.
  • Die Wärmebehandlung kann bei 400 ° C bis 800 ° C durchgeführt werden. Der Schritt des Verbindens kann 5 Stunden lang bei 200 ° C bis 450 ° C durchgeführt werden.
  • In dem Schritt des Ermöglichens des Wachstums kann das temporäre Substrat weiter entfernt werden. Das temporäre Substrat kann einen amorphen dünnen Film auf einer Oberfläche davon umfassen.
  • Der amorphe Dünnfilm kann mindestens eines von Siliziumoxid (SiOx) , Siliziumnitrid (SiNx) und Siliziumoxinitrid (SiON) sein.
  • Das temporäre Substrat kann mindestens eines aus Saphir, Galliumarsenid (GaAs), Spinell, Silizium (Si), Indiumphosphid (InP) und Siliziumcarbid (SiC) sein.
  • Figurenliste
  • Die obigen und anderen Aufgaben, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in denen:
    • 1a bis 1h Schnittansichten sind, die ein Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
    • 2 ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM) -Bild von erstem Galliumnitrid veranschaulicht, implantiert in eine Ga-Fläche von erstem Galliumnitrid durch erste Ionenimplantation gemäß einem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 3a ein Graph ist, der die Dicke einer beschädigten Schicht, die von einer Beschleunigungsspannung der ersten Ionenimplantation abhängig ist, gemäß einem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
    • 3b ein Graph ist, der eine Krümmungsrate (Δ Durchbiegen eines GaN-Wafers) darstellt, die von der Dicke einer beschädigten Schicht des ersten Galliumnitrids abhängig ist, die gemäß einem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
    • 4 ein Graph ist, der eine Leerstellenkonzentration in Abhängigkeit von einer Tiefe von einer Oberfläche einer Ga-Fläche des ersten Galliumnitrids, die einer ersten Ionenimplantation unterzogen wurde, gemäß einem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 5 ein TEM-Bild und ein Graph sind, die eine implantierte Ionenmenge und Leerstellenmenge im ersten Galliumnitrid darstellen, die durch Durchführen einer zweiten Ionenimplantation in eine Ga-Fläche von erstem Galliumnitrid gemäß einem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet werden; und
    • 6 ein TEM-Bild eines Galliumnitridsubstrats veranschaulicht, dass durch ein Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung wird nun vollständiger unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen und Inhalte, die in den Zeichnungen offenbart sind, beschrieben. Die vorliegende Erfindung sollte jedoch nicht so ausgelegt werden, dass sie auf die hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist.
  • Die in der vorliegenden Beschreibung verwendeten Begriffe werden verwendet, um eine spezifische beispielhafte Ausführungsform zu erläutern und das vorliegende erfinderische Konzept nicht zu beschränken. Somit schließt der Ausdruck der Singularität in der vorliegenden Beschreibung den Ausdruck der Mehrzahl ein, sofern nicht anders im Zusammenhang angegeben. Es versteht sich ferner, dass die Ausdrücke „umfassen“ und/ oder „umfassend“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Komponenten, Schritten, Operationen und/ oder Elementen spezifizieren, aber das Vorhandensein oder Hinzufügen eines solchen nicht ausschließen oder mehrere andere Komponenten, Schritte, Operationen und/ oder Elemente davon.
  • Es sollte nicht verstanden werden, dass willkürliche Aspekte oder Designs, die in „Ausführungsformen“, „Beispielen“, „Aspekten“ usw. offenbart sind, die in der Beschreibung verwendet werden, befriedigender oder vorteilhafter sind als andere Aspekte oder Designs.
  • Außerdem bedeutet der Ausdruck „oder“ „einschließlich oder“ und nicht „exklusiv oder“. Das heißt, wenn nicht anders erwähnt oder aus dem Kontext klar abgeleitet, bedeutet der Ausdruck „x verwendet a oder b“ irgendeine der natürlichen einschließenden Permutationen.
  • Wie in der Beschreibung der Erfindung und der beigefügten Ansprüche verwendet, sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/das/die“ außerdem auch die Mehrzahlformen einschließen, sofern der Zusammenhang nicht deutlich anderes anzeigt.
  • Obwohl in der Beschreibung verwendete Begriffe aus Begriffen ausgewählt werden, die allgemein in verwandten technischen Gebieten verwendet werden, können andere Ausdrücke gemäß der technischen Entwicklung und / oder aufgrund von Änderungen, Praktiken, Prioritäten von Technikern usw. verwendet werden. Daher sollten diese Begriffe nicht verstanden werden, dass die unten verwendeten beschränken den technischen Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung beschränken, und es sollte verstanden werden, dass die Begriffe beispielhaft zum Beschreiben von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind.
  • Außerdem können einige der hierin verwendeten Begriffe von dem vorliegenden Anmelder willkürlich ausgewählt werden. In diesem Fall werden diese Begriffe im Folgenden näher definiert. Dementsprechend sollten die hierin verwendeten spezifischen Begriffe basierend auf ihre eindeutigen Bedeutungen und dem gesamten Kontext der vorliegenden Erfindung verstanden werden.
  • Begriffe wie „erster“ und „zweiter“ werden hierin lediglich dazu verwendet, eine Vielzahl von konstituierenden Elementen zu beschreiben, aber die konstituierenden Elemente sind nicht durch die Ausdrücke beschränkt. Die Begriffe werden nur zu dem Zweck verwendet, ein konstituierendes Element von einem anderen konstituierenden Element zu unterscheiden.
  • Wenn ein Element wie eine Schicht, ein Film, ein Bereich und ein Bestandteil als „auf“ einem anderen Element bezeichnet wird, kann das Element direkt auf einem anderen Element sein oder ein dazwischen liegendes Element kann vorhanden sein. Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) die gleiche Bedeutung, wie sie üblicherweise von einem gewöhnlichen Fachmann verstanden werden. Es wird ferner verstanden, dass Begriffe, wie jene, die in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind, so interpretiert werden sollten, dass sie eine Bedeutung haben, die mit ihrer Bedeutung im Kontext der relevanten Technik und der vorliegenden Erfindung übereinstimmen, und nicht idealisiert oder übermäßig formalen Sinn interpretiert werden, sofern nicht ausdrücklich hierin definiert.
  • Indessen wird in der folgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung eine detaillierte Beschreibung der hierin enthaltenen bekannten Funktionen und Konfigurationen weggelassen, wenn dies den Gegenstand der vorliegenden Erfindung unklar machen kann. Die in der Beschreibung verwendeten Begriffe sind unter Berücksichtigung von Funktionen definiert, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, und können gemäß den beabsichtigten oder herkömmlich verwendeten Verfahren von Kunden, Betreibern und Benutzern geändert werden. Dementsprechend sollten Definitionen der Begriffe auf der Grundlage der gesamten Beschreibung der vorliegenden Beschreibung verstanden werden.
  • Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die 1a bis 1h beschrieben.
  • 1a bis 1h sind Schnittansichten, die ein Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
  • Das Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Bindungsoxidfilm 120 auf dem ersten Galliumnitrid 110 gebildet wird und eine erste Ionenimplantation für eine Oberfläche des ersten Galliumnitrids 110 durchgeführt wird, auf der der Bindungsoxidfilm 120 mindestens einmal gebildet wurde, um eine beschädigte Schicht 113 zu bilden, wodurch ein Durchbiegen des ersten Galliumnitrids 110 reduziert wird.
  • Danach wird die Oberfläche des ersten Galliumnitrids 110, auf der der Bindungsoxidfilm 120 ausgebildet worden ist, einer zweiten Ionenimplantation unterzogen, wodurch eine Blasenschicht 114 gebildet wird.
  • Der Bindungsoxidfilm 120 des ersten Galliumnitrids 110 ist mit einem temporären Substrat 130 verbunden, und das erste Galliumnitrid 110 wird unter Verwendung der Blasenschicht 114 davon abgetrennt, wodurch eine Keimschicht 115 gebildet wird. Danach kann das zweite Galliumnitrid 140 unter Verwendung der Keimschicht 115 wachsen, wodurch Galliumnitrid in Masse (Bulk-GaN) gebildet wird.
  • Das Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ionenimplantation für eine Oberfläche des ersten Galliumnitrids 110 mindestens einmal vor Durchführen der zweiten Ionenimplantation durchgeführt wird, um dadurch eine beschädigte Schicht 113 zu bilden, wodurch ein Durchbiegen des ersten Galliumnitrids 110 aufgehoben wird. Dementsprechend kann ein Galliumnitridsubstrat mit hoher Qualität und geringer Defektdichte hergestellt werden, das die Krümmung und Rissbildung eines Galliumnitridsubstrats als Hauptfaktoren berücksichtigt, die die Produktionsausbeute beeinflussen.
  • Nachstehend wird das Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die 1a bis 1h beschrieben.
  • 1a ist eine Schnittansicht, die einen Prozess zum Bilden des ersten Galliumnitrids gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • Galliumnitrid (GaN) wird aufgrund seiner hervorragenden physikalischen und chemischen Eigenschaften als Kernmaterial für verschiedene optische Vorrichtungen verwendet. Galliumnitrid kann durch heterogenes epitaxiales Wachstum auf einem Substrat wachsen, wie Saphir, Siliciumcarbid oder Silizium.
  • Zusätzlich hat Galliumnitrid eine wichtige kristalline Eigenschaft, d. H. „Kristallpolarität“, sowie Defekte.
  • In Galliumnitrid (z.B. Wurtzit-Galliumnitrid) ist jedes Galliumatom tetraedrisch an vier Stickstoffatome koordiniert. Wenn drei starke Bindungen zwischen jedem Gallium (Ga) -Atom und drei benachbarten Stickstoff (N) -Atomen, die dem Gallium (Ga) -Atom am nächsten sind, nach unten zu einem Wachstumssubstrat gerichtet sind, ist die Polarität +c (auch bekannt als Ga-Fläche). Wenn drei starke Bindungen zwischen jedem Gallium (Ga) -Atom und drei benachbarten Stickstoff (N) -Atomen, die dem Gallium (Ga) -Atomen am nächsten sind, in einer Wachstumsrichtung nach oben gerichtet sind, ist die Polarität -c (auch als N-Fläche bekannt) entgegengesetzt zu +c.
  • Daher kann Galliumnitrid gemäß den Richtungen der Atome, die dieselben (N-Fläche) bilden, in einen Ga-Flächen-Typ und einen N-Flächen-Typ klassifiziert werden. Hier bezeichnet das Etikett „c“ eine Kristallebene, die zu einer Ebene eines Epitaxialfilms horizontal ist.
  • Obwohl die Polarität keine Oberflächeneigenschaft von Galliumnitrid ist, sollte beachtet werden, dass die Polarität die Masseneigenschaften von Galliumnitrid stark beeinflusst. Zusätzlich können die Eigenschaften von Galliumnitrid in Abhängigkeit von der Polarität variiert werden. Daher kann eine Vorrichtung unter Verwendung von Polaritätseigenschaften einer epitaxialen Galliumnitrid-Wachstumsschicht hergestellt werden. Zum Beispiel ist es in vielen Fällen bevorzugt, Schichten mit einer Ga-Fläche bei der Herstellung von Galliumnitrid-Komponenten zu verwenden.
  • Das erste Galliumnitrid 110, das in dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfasst eine Ga-Fläche 112 und eine N-Fläche 111.
  • Da das Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das erste Galliumnitrid 110 einschließlich der Ga-Fläche 112 als eine Keimschicht verwendet, um das Wachstum des zweiten Galliumnitrids zu ermöglichen, kann zusätzlich ein Defektverhältnis von einem Galliumnitridsubstrat reduziert werden.
  • Obwohl es für das erste Galliumnitrid 110 ideal ist, eine flache Struktur ohne Durchbiegung zu haben, weisen die allgemein verwendeten Galliumnitride zusätzlich eine konvexe oder konkave Struktur auf, die nach oben oder nach unten durchgebogen ist.
  • Wenn das erste Galliumnitrid 110, das eine gebogene Struktur wie in 1a aufweist, verwendet wird, nimmt eine Defektdichte zu, wodurch die Qualität eines Galliumnitridsubstrats verschlechtert wird.
  • Daher ist das Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ionenimplantation für das erste Galliumnitrid 110 mindestens einmal durchgeführt wird, um ein Durchbiegen aufzuheben.
  • 1b und 1c sind Schnittansichten, die einen Prozess darstellen, dass ein Durchbiegen des ersten Galliumnitrids aufgehoben wird, indem die erste Ionenimplantation für eine Oberfläche des ersten Galliumnitrids mindestens einmal zum Bilden einer beschädigten Schicht gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
  • Gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die beschädigte Schicht 113 auf dem ersten Galliumnitrid 110 durch die erste Ionenimplantation gebildet, wie in 1a dargestellt.
  • Insbesondere kann der Bindungsoxidfilm 120 auf dem ersten Galliumnitrid 110 gebildet werden, wie in 1a dargestellt.
  • Der Bindungsoxidfilm 120 kann aus Siliziumoxid (SiOx) oder Aluminiumoxid (Al2O3) bestehen.
  • Danach ist das Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ionenimplantation für eine Oberfläche des ersten Galliumnitrids 110, auf dem der Bindungsoxidfilm 120 ausgebildet worden ist, mindestens einmal durchgeführt wird, um die beschädigte Schicht 113 zu bilden, wodurch das Durchbiegen des ersten Galliumnitrids 110 aufgehoben wird.
  • Die erste Ionenimplantation kann mindestens einmal durchgeführt werden. Wenn die erste Ionenimplantation mehrere Male durchgeführt wird, kann eine Beschleunigungsspannung unterschiedlich gesteuert werden.
  • Zusätzlich können bei der ersten Ionenimplantation Ionen von mindestens einem von Wasserstoff, Helium, Stickstoff und Argon verwendet werden. Vorzugsweise wird die erste Ionenimplantation unter Verwendung von Wasserstoffionen durchgeführt.
  • Wenn eine Ionenimplantation für das erste Galliumnitrid 110 einmal durchgeführt wird, um die beschädigte Schicht 113 gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu bilden, kann eine Ionenimplantationsschicht in weitem Umfang gebildet werden.
  • Wenn die Ionenimplantation für das erste Galliumnitrid 110 mehrere Male durchgeführt wird, um die beschädigte Schicht 113 zu bilden, wird die Ionenimplantation auf einer zuerst implantierten Ionenimplantationsschicht konzentriert, wodurch eine Ionenimplantationsschicht gleichmäßig gebildet werden kann.
  • Die in 1b dargestellte beschädigte Schicht 113 kann aufgrund von Gasblasen, die innerhalb des ersten Galliumnitrids 110 erzeugt werden, mehrere Leerstellen enthalten. Gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein künstlicher Schaden innerhalb des ersten Galliumnitrids 110 aufgrund der mehreren Leerstellen der beschädigten Schicht 113 erzeugt werden, und das erste Galliumnitrid 110 mit einer konvexen oder konkaven Struktur wird abgeflacht, indem ein Durchbiegen des ersten Galliumnitrids 110 aufgehoben wird.
  • Gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die erste Ionenimplantation in einen konvexen Teil des ersten Galliumnitrids 110 durchgeführt werden.
  • Die beschädigte Schicht 113 kann gebildet werden, indem die erste Ionenimplantation für das erste Galliumnitrid 110 bei einer Beschleunigungsspannung von 10 keV bis 200 keV durchgeführt wird. Wenn die Beschleunigungsspannung 10 keV oder weniger beträgt, wird die Dicke der beschädigten Schicht 113 zu dünn. Dementsprechend wird das Durchbiegen des ersten Galliumnitrids 110 möglicherweise nicht ausreichend aufgehoben. Wenn die Beschleunigungsspannung größer als 200 keV ist, wird die Dicke der beschädigten Schicht 113 zu dick, und das erste Galliumnitrid 110 kann in einer entgegengesetzten Richtung durchgebogen werden.
  • Zusätzlich kann die Dicke der beschädigten Schicht 113 gemäß einer Beschleunigungsspannung der ersten Ionenimplantation gesteuert werden. Ferner kann ein Krümmungsgrad des ersten Galliumnitrids 110 gemäß der Dicke der beschädigten Schicht 113 gesteuert werden.
  • Die Dicke der beschädigten Schicht 113 nimmt mit zunehmender Beschleunigungsspannung der ersten Ionenimplantation zu und eine Krümmungsrate des ersten Galliumnitrids 110 nimmt mit zunehmender Dicke der beschädigten Schicht 113 zu.
  • Die Krümmungsrate bezieht sich auf eine Krümmungsdifferenz zwischen einem anfänglichen ersten Galliumnitrid 110 und einem von Beugung aufgehobenen ersten Galliumnitrid 110.
  • Wie in 1c gezeigt, kann das von Beugung aufgehobene erste Galliumnitrid 110 durch Steuern einer Beschleunigungsspannung der ersten Ionenimplantation in Abhängigkeit von einem Krümmungsgrad des anfänglichen ersten Galliumnitrids 110 erhalten werden.
  • In dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Winkel der ersten Ionenimplantation nicht speziell beschränkt, und die erste Ionenimplantation für das erste Galliumnitrid 110 kann in einem Winkel von 0° bis 7° durchgeführt werden. Vorzugsweise kann ein Kanalisierungseffekt minimiert werden, indem das erste Galliumnitrid 110 mit Ionen bei einer Neigung von 7 Grad bestrahlt wird.
  • 1d ist eine Schnittansicht, die einen Prozess zum Durchführen der zweiten Ionenimplantation für eine Oberfläche des ersten Galliumnitrids 110 veranschaulicht, auf der der Bindungsoxidfilm 120 ausgebildet ist, eine Blasenschicht gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu bilden.
  • Gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die zweite Ionenimplantation für eine Oberfläche des ersten Galliumnitrids 110, auf der der Bindungsoxidfilm 120 ausgebildet ist, durchgeführt, wodurch die Blasenschicht 114 gebildet wird.
  • Durch die zweite Ionenimplantation des Verfahrens zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Gasblasen innerhalb des ersten Galliumnitrids 110 erzeugt, um die Blasenschicht 114 mit mehreren Leerstellen zu bilden.
  • Die zweite Ionenimplantation des Verfahrens zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann für die Ga-Fläche 112 des ersten Galliumnitrids 110 durchgeführt werden.
  • Die Blasenschicht 114 kann gebildet werden, indem die zweite Ionenimplantation mit einer Beschleunigungsspannung von 10 keV bis 500 keV für das erste Galliumnitrid 110 durchgeführt wird. Wenn die Beschleunigungsspannung 10 keV oder weniger beträgt, wird die Ionenimplantation nicht ausreichend durchgeführt, wodurch das erste Galliumnitrid 110 nicht getrennt werden könnte. Wenn die Beschleunigungsspannung größer als 500 keV ist, wird die Dicke der Blasenschicht 114 zu dick, wodurch Defekte des ersten Galliumnitrids 110 zunehmen können.
  • Zusätzlich kann die zweite Ionenimplantation unter Verwendung von Ionen von mindestens einem von Wasserstoff, Helium, Stickstoff und Argon durchgeführt werden. Vorzugsweise wird die zweite Ionenimplantation unter Verwendung von Wasserstoffionen durchgeführt.
  • Zusätzlich wird gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die zweite Ionenimplantation für das erste Galliumnitrid 110 bei einer Beschleunigungsspannung durchgeführt, die niedriger als die der ersten Ionenimplantation ist, wodurch die Blasenschicht 114 gebildet wird.
  • Eine Tiefe einer ionenimplantierten Schicht von dem ersten Galliumnitrid 110 kann gemäß der Höhe einer Beschleunigungsspannung gesteuert werden. Wenn die Beschleunigungsspannung hoch ist, wird die ionenimplantierte Schicht in einer tieferen Position von dem Galliumnitrid 110 gebildet, und wenn die Beschleunigungsspannung niedrig ist, wird die ionenimplantierte Schicht in einer flacheren Position von dem Galliumnitrid 110 gebildet.
  • Dementsprechend wird durch die zweite Ionenimplantation gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Blasenschicht 114 in einer flachen Position von der Oberfläche des ersten Galliumnitrids 110 gebildet, um eine dünne Keimschicht zu bilden. Dementsprechend kann die zweite Ionenimplantation bei einer niedrigeren Beschleunigungsspannung als die der ersten Ionenimplantation durchgeführt werden.
  • Da andererseits die erste Ionenimplantation für das erste Galliumnitrid 110 durchgeführt wird, um eine Durchbiegung aufzuheben, wird es bei einer höheren Beschleunigungsspannung als derjenigen der zweiten Ionenimplantation durchgeführt. Dementsprechend kann die beschädigte Schicht 113 in einer tiefen Position gebildet werden.
  • In dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Winkel der zweiten Ionenimplantation nicht speziell beschränkt und die zweite Ionenimplantation für das erste Galliumnitrid 110 kann in einem Winkel von 0° bis 7° durchgeführt werden. Vorzugsweise kann der Kanalisierungseffekt durch Bestrahlen des ersten Galliumnitrids 110 mit Ionen bei einer Neigung von 7 Grad minimiert werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die Blasenschicht 114 in einer Tiefe von 0,1 µm bis 4 µm von der Oberfläche des ersten Galliumnitrids 110 gebildet sein.
  • Wenn die Tiefe der Blasenschicht 114 flach ist, d. H. 0,1 µm oder weniger, wird die Ionenimplantation nicht ausreichend durchgeführt. Dementsprechend wird das erste Galliumnitrid 110 möglicherweise nicht getrennt. Wenn die Tiefe der Blasenschicht 114 größer als 4 µm ist, können Defekte des ersten Galliumnitrids 110 aufgrund der übermäßigen Dicke der Blasenschicht 114 zunehmen.
  • Das Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ferner nach dem Durchführen der zweiten Ionenimplantation für das erste Galliumnitrid 110 von der Blasenschicht 114 einen Prozess zur Wärmebehandlung der Blasenschicht 114 umfassen.
  • Die Wärmebehandlung kann bei einer Temperatur durchgeführt werden, bei der das erste Galliumnitrid 110 nicht durch die Blasenschicht 114 getrennt wird, oder bei einer niedrigeren Temperatur, bei der das erste Galliumnitrid 110 getrennt wird, um eine Spannung des ersten Galliumnitrids 110 aufzuheben, die durch die erste und zweite Ionenimplantation verursacht wurde, und um eine effektive Ionenimplantation in das erste Galliumnitrid 110.
  • Zum Beispiel kann die Wärmebehandlung bei 400 °C bis 800 °C durchgeführt werden. Wenn die Wärmebehandlungstemperatur 400 °C oder weniger beträgt, wird die Spannung des ersten Galliumnitrids 110 nicht ausreichend verringert, und wenn die Wärmebehandlungstemperatur höher als 800 °C ist, kann das erste Galliumnitrid 110 durch die Blasenschicht 114 getrennt werden.
  • 1e ist eine Schnittansicht, die einen Prozess zum Verbinden des Bindungsoxidfilms 120 des ersten Galliumnitrids 110 mit dem temporären Substrat 130 gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • Das Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Verbinden des temporären Substrats 130, um die Blasenschicht 114 des ersten Galliumnitrids 110 in einem nachfolgenden Prozess zu trennen.
  • Zum Beispiel kann das Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Verbinden des ersten Galliumnitrids 110 mit dem temporären Substrat 130 unter Verwendung des Bindungsoxidfilms 120, der auf der Oberfläche des ersten Galliumnitrids ausgebildet ist, umfassen, wie in 1e gezeigt.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann das erste Galliumnitrid 110 durch Wärme oder Druck mit dem temporären Substrat 130 verbunden sein. Vorzugsweise kann das temporäre Substrat 130 verbunden werden, indem das erste Galliumnitrid 110 für 5 Stunden bei 200 °C bis 450 °C gehalten wird.
  • Wenn die Temperatur zu hoch ist, die verwendet wird, um das temporäre Substrat 130 mit dem ersten Galliumnitrid 110 zu verbinden, können Defekte (z. B. Spaltung) vor dem Verbinden auftreten.
  • Das temporäre Substrat 130 kann mindestens eines aus Saphir, Galliumarsenid (GaAs), Spinell, Silizium (Si), Indiumphosphid (InP) und Siliziumcarbid (SiC) sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann das temporäre Substrat 130 einen amorphen Dünnfilm auf einer Oberfläche davon enthalten. Der amorphe Dünnfilm kann mindestens eines von Siliziumoxid (SiOx) , Siliziumnitrid (SiNx) und Siliziumoxinitrid (SiON) sein.
  • 1f ist eine Schnittansicht, die einen Prozess zum Trennen des ersten Galliumnitrids 110 gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, um die Keimschicht 115 zu bilden.
  • In dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das temporäre Substrat 130 von dem ersten Galliumnitrid 110 unter Verwendung der Blasenschicht 114 durch ein Wärmebehandlungsverfahren oder ein mechanisches Verfahren (z. B. Schneiden) getrennt, wodurch die Keimschicht 115 gebildet wird.
  • Zusätzlich kann bei dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das erste Galliumnitrid 110 von der Blasenschicht 114 durch Kristallumlagerung und Blasenkoagulation in der Blasenschicht 114 entfernt werden, indem das temporäre Substrat 130 wärmebehandelt wird.
  • Eine Wärmebehandlung kann verwendet werden, wenn die Blasenschicht 114 an einer relativ flachen Position innerhalb des ersten Galliumnitrids 110 gebildet wird. Durch Wärmebehandeln des ersten Galliumnitrids 110 und des temporären Substrats 130, die miteinander verbunden sind, wird die Ionenblasenschicht 114 versprödet und das erste Galliumnitrid 110 wird von der versprödeten Ionenblasenschicht 114 getrennt, wobei die Keimschicht 115 verbleibt. Die Wärmebehandlung kann abhängig von den Eigenschaften der Ionen bei 400 °C bis 800 °C durchgeführt werden.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das erste Galliumnitrid 110 möglicherweise nicht getrennt, wenn die Wärmebehandlung bei weniger als 400 °C durchgeführt wird. Andererseits kann das erste Galliumnitrid 110 zuvor getrennt werden, wenn die Wärmebehandlung bei mehr als 800 °C durchgeführt wird, wobei die Ausbeute beeinflusst wird.
  • Zusätzlich kann bei dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein mechanisches Verfahren verwendet werden, wenn die Blasenschicht 114 in einer relativ tiefen Position gebildet wird. Dieses mechanische Verfahren weist auch eine ausgezeichnete Präzision auf, kann leicht durchgeführt werden und kann eine Trennung des ersten Galliumnitrids 110 sicherstellen.
  • Gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das erste Galliumnitrid 110 nach der zweiten Ionenimplantation durch das vorstehend erwähnte Wärmebehandlungsverfahren oder mechanische Verfahren getrennt werden, wodurch die Keimschicht 115 mit einer flachen Trennfläche erhalten wird.
  • 1g ist eine Schnittansicht, die ein Verfahren zum Ermöglichen eines Wachstums des zweiten Galliumnitrids 140 gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, um Galliumnitrid in Masse zu bilden.
  • Bezugnehmend auf 1g kann das zweite Galliumnitrid 140 auf der Keimschicht 115 wachsen, die auf dem temporären Substrat 130 gebildet wurde, um das Galliumnitrid in Masse gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu bilden.
  • In dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das zweite Galliumnitrid 140 unter Verwendung eines beliebigen Verfahrens der Hydriddampfphasenepitaxie (HVPE), metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidung (MOCVD), Molekularstrahlepitaxie (MBE), Sublimation und Flüssigphasenverfahren, wie ein Flussmittelverfahren und ein Lösungsverfahren mit hohem Stickstoffdruck, wachsen gelassen werden.
  • In dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das zweite Galliumnitrid 140 unter Verwendung der Ga-Fläche 112 des ersten Galliumnitrids 110 als Keimschicht 115 wachsen gelassen, wodurch ein Fehlerverhältnis in dem Galliumnitridsubstrat verringert wird.
  • 1h ist eine Schnittansicht, die ein Galliumnitridsubstrat darstellt, das durch das Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
  • Bezugnehmend auf 1h kann ein Galliumnitridsubstrat 100 mit einer selbststehenden Struktur durch Entfernen des temporären Substrats 130 und des Bindungsoxidfilms 120 gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt werden.
  • Ein Galliumnitridsubstrat mit einer Schablonensubstratstruktur kann hergestellt werden, indem ein Prozess ohne Entfernen des temporären Substrats 130 nach dem Wachstum des zweiten Galliumnitrids 140 beendet wird, wie in 1g dargestellt, gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Nachstehend werden die Eigenschaften des Galliumnitridsubstrats, das durch das Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, im Detail unter Bezugnahme auf 2 bis 5b beschrieben.
  • 2 veranschaulicht ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM) -Bild vom ersten Galliumnitrid, implantiert in eine Ga-Fläche des erstem Galliumnitrids durch erste Ionenimplantation gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Bezugnehmend auf 2 wurde das erste Galliumnitrid mit einer Ga-Fläche und einer N-Fläche, wie in 1a dargestellt, der ersten Ionenimplantation unterzogen, wie in 1b dargestellt, wodurch eine beschädigte Schicht mit einer Dicke von 234 nm gebildet wird.
  • Zusätzlich war ein Krümmungsgrad des anfänglichen ersten Galliumnitrids, wie in 1a dargestellt, -12 µm, aber ein von Beugung aufgehobenes erstes Galliumnitrid, wie in 1c dargestellt, gebildet durch Bilden einer beschädigten Schicht mit einer Dicke von 234 nm in dem ersten Galliumnitrid, wie in 1b mit einen Krümmungsgrad von +19 µm dargestellt und wies somit eine Krümmungsrate von + 31 auf.
  • 3a ist ein Graph, der die Dicke einer beschädigten Schicht, die von einer Beschleunigungsspannung der ersten Ionenimplantation abhängt, gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, veranschaulicht.
  • Bezugnehmend auf 3a kann bestätigt werden, dass die Dicke der beschädigten Schicht gemäß einer Beschleunigungsspannung der ersten Ionenimplantation in dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geändert wird.
  • 3b ist ein Graph, der eine Krümmungsrate (Δ Durchbiegen eines GaN-Wafers) darstellt, die von der Dicke einer beschädigten Schicht des ersten Galliumnitrids abhängig ist, die gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wird.
  • Bezugnehmend auf 3b kann bestätigt werden, dass eine Krümmungsrate des ersten Galliumnitrids von der Dicke der beschädigten Schicht abhängt, die durch die erste Ionenimplantation in dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt wird.
  • Die Krümmungsrate bezieht sich auf eine Krümmungsdifferenz zwischen einem anfänglichen ersten Galliumnitrid und einem von Beugung aufgehobenen ersten Galliumnitrid.
  • Unter Bezugnahme auf 3a und 3b kann die Krümmung des ersten Galliumnitrids leicht gesteuert werden, indem die Beschleunigungsspannung der ersten Ionenimplantation gemäß dem Krümmungsgrad des anfänglichen ersten Galliumnitrids eingestellt wird, wie in 3 dargestellt.
  • 4 ist ein Graph, der eine Leerstellenkonzentration in Abhängigkeit von einer Tiefe von einer Oberfläche einer Ga-Fläche des ersten Galliumnitrids zeigt, die einer ersten Ionenimplantation unterzogen wurde, gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Bezugnehmend auf 4 wurde die erste Ionenimplantation für die Ga-Fläche des ersten Galliumnitrids bei jeweiligen Beschleunigungsspannungen von 36 keV, 53 keV und 70 keV gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt. Zusätzlich wurde die erste Ionenimplantation für die Ga-Fläche des ersten Galliumnitrids dreimal (3-stufige H+-Implantation) bei jeweiligen Beschleunigungsspannungen von 36 keV, 53 keV und 70 keV durchgeführt.
  • Bezugnehmend auf 4 kann bestätigt werden, dass eine Leerstellenkonzentration der beschädigten Schicht mit zunehmender Beschleunigungsspannung der ersten Ionenimplantation in dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zunimmt.
  • Die folgende Tabelle 1 zeigt eine Krümmungsrate (Δ Durchbiegen) gemäß einer Beschleunigungsspannung der ersten Ionenimplantation gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. [Tabelle 1]
    Allium nitride (GaN) substrate Durchbiegen Krümmungsrate (Δ Durchbiegen)
    Dicke des Galliumnitrid (GaN) -Substrats: 368 µm.
    Nach dem Laser-Lift-Off -180 µm -
    Erste Ionenimplantation bei Beschleunigungsspannung von 36 keV -177 µm + 3 µm
    Erste Ionenimplantation bei Beschleunigungsspannung von 53 keV -170 µm +7 µm
    Erste Ionenimplantation bei Beschleunigungsspannung von 70 keV -142 µm +28 µm
    Durchführen der ersten Ionenimplantation dreimal (bei jeweiligen Spannungen von 36 keV, 53 keV und 70 keV) + 38 µm
  • Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 betrug eine Krümmungsrate + 3 µm, wenn die erste Ionenimplantation bei einer Beschleunigungsspannung von 36 keV durchgeführt wurde, eine Krümmungsrate betrug +7 µm, wenn die erste Ionenimplantation bei einer Beschleunigungsspannung von 53 keV durchgeführt wurde, eine Krümmungsrate betrug +28 µm, wenn die erste Ionenimplantation bei einer Beschleunigungsspannung von 70 keV durchgeführt wurde, und eine Krümmungsrate betrug + 38 µm, wenn die erste Ionenimplantation für die Ga-Fläche des ersten Galliumnitrids bei Beschleunigungsspannungen von 36 keV, 53 keV und 70 keV, d.h. dreimal durchgeführt wird.
  • Aus diesen Ergebnissen kann bestätigt werden, dass die Krümmungsrate mit zunehmender Beschleunigungsspannung der ersten Ionenimplantation in dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zunimmt.
  • Zusätzlich kann bestätigt werden, dass die Dicke der beschädigten Schicht weiter zunimmt, wenn die erste Ionenimplantation dreimal durchgeführt wird, während die Beschleunigungsspannung erhöht wird.
  • 5 ist ein TEM-Bild und ein Graph, die eine implantierte Ionenmenge und Leerstellenmenge in erstem Galliumnitrid darstellen, die durch Durchführen einer zweiten Ionenimplantation in eine Ga-Fläche von erstem Galliumnitrid gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wird.
  • Gemäß der zweiten Ionenimplantation des Verfahrens zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurden Ionen in einer Menge von 1,3 × 1017H2 +/cm2 unter Verwendung einer Energie von 70 keV implantiert, wodurch eine Blasenschicht mit einer Dicke von 286 nm gebildet wird. Zusätzlich wurde das erste Galliumnitrid nach der zweiten Ionenimplantation bei 500 °C für 30 Minuten wärmebehandelt.
  • Bezugnehmend auf 5 wurde eine Blasenschicht mit einer Dicke von ungefähr 300 nm innerhalb des ersten Galliumnitrids durch die zweite Ionenimplantation gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet. Dementsprechend nahm die Menge an Ionen und Leerstellen in der Blasenschicht zu.
  • Es kann bestätigt werden, dass die Blasenschicht, in der mehrere Leerstellen ausgebildet sind, durch die zweite Ionenimplantation gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zufriedenstellend innerhalb des ersten Galliumnitrids gebildet wird.
  • 6 veranschaulicht ein TEM-Bild eines Galliumnitridsubstrats, das durch das Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
  • Bezugnehmend auf 6 wurde Galliumnitrid auf einer Siliziumoxidschicht wachsen gelassen, die auf einem Saphirsubstrat gebildet wurde, und ein resultierendes Galliumnitridsubstrat zeigte kein Durchbiegungsphänomen und kein Rissbildungsphänomen. Als ein Ergebnis wurde die Herstellung eines Galliumnitridsubstrats mit hoher Qualität und geringer Defektdichte, während sowohl das Durchbiegungsphänomen als auch ein Rissbildungsphänomen berücksichtigt wurde, vervollständigt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Galliumnitridsubstrat bereitgestellt, wobei das Durchbiegen des ersten Galliumnitrids reduziert wird, indem eine erste Ionenimplantation mindestens einmal durchgeführt wird und dann das Biegen und Reißen des Galliumnitridsubstrats, die als Hauptfaktoren die Produktionsausbeute beeinflussen, mit einer zweiten Ionenimplantation angegangen wird.
  • Zusätzlich kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Galliumnitridsubstrat mit hoher Qualität und geringer Defektdichte hergestellt werden, indem sowohl ein Durchbiegungsphänomen als auch ein Rissbildungsphänomen des Galliumnitridsubstrats verhindert wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Galliumnitridsubstrat mit einem reduzierten Fehlerverhältnis bereitgestellt werden, indem ein zweites Galliumnitrid, das als eine Keimschicht verwendet wird, auf einer Ga-Fläche des ersten Galliumnitrids wachsen gelassen wird.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung durch beschränkte Beispiele und Figuren beschrieben wurde, soll die vorliegende Erfindung nicht auf die Beispiele beschränkt sein. Der Fachmann wird erkennen, dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne vom Umfang und Wesen der Erfindung abzuweichen.
  • Daher sollte verstanden werden, dass es keine Absicht gibt, die Erfindung auf die hierin offenbarten Ausführungsformen zu beschränken, vielmehr soll die Erfindung alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abdecken, die in den Geist und Umfang der Erfindung fallen, wie durch die Ansprüche definiert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 100:
    GALLIUMNITRIDSUBSTRAT
    110:
    ERSTES GALLIUMNITRID
    111:
    N-FLÄCHE
    112:
    Ga-FLÄCHE
    113:
    BESCHÄDIGTE SCHICHT
    114:
    BLASENSCHICHT
    115:
    KEIMSCHICHT
    120:
    BINDUNGSOXIDFILM
    130:
    TEMPORÄRES SUBSTRAT
    140:
    ZWEITES GALLIUMNITRID
  • [Zugehörige Dokumente]
  • [Patentdokumente]
    • JP 2011-243968 A , „Verfahren zur Herstellung eines Verbundsubstrats“
    • KR 10-1581044 B , „Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit einem Einzelkristall-Dünnfilm“
    • JP 2012-243792 A , „GaN-Dünnschicht-verbundenes Substrat, Verfahren zur Herstellung von GaN-Dünnfilm-verbundetem Substrat, GaN-basierter Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit und Verfahren zur Herstellung eines GaN-basierten Transistors mit hoher Elektronenmobilität“
  • [Nicht-Patentdokument]
  • O. Moutanabbir, Stress Adjustment and Bonding of H-Implanted 2 in. Freestanding GaN Wafer: The Concept of Double-Sided Splitting, 2009
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2011243968 A [0007, 0135]
    • KR 101581044 B [0007, 0135]
    • JP 2012243792 A [0007, 0135]

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats, wobei das Verfahren umfasst: Bilden eines Bindungsoxidfilms auf dem ersten Galliumnitrid; Durchführen einer ersten Ionenimplantation für eine Oberfläche des ersten Galliumnitrids, auf der der Bindungsoxidfilm gebildet ist, mindestens einmal, um eine beschädigte Schicht zu bilden, wodurch ein Durchbiegen des ersten Galliumnitrids aufgehoben wird; Durchführen einer zweiten Ionenimplantation für die Oberfläche des ersten Galliumnitrids, auf der der Bindungsoxidfilm gebildet ist, um eine Blasenschicht zu bilden; Verbinden des Bindungsoxidfilms des ersten Galliumnitrids an ein temporäres Substrat; Trennen des ersten Galliumnitrids unter Verwendung der Blasenschicht, um eine Keimschicht zu bilden; und Ermöglichen des Wachstums des zweiten Galliumnitrids unter Verwendung der Keimschicht, um Galliumnitrid in Masse zu bilden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Formen eine Dicke der beschädigten Schicht gemäß einer Beschleunigungsspannung der ersten Ionenimplantation gesteuert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Krümmungsgrad des ersten Galliumnitrids gemäß der Dicke der beschädigten Schicht gesteuert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Blasenschicht in einer Tiefe von 0,1 µm bis 4 µm von der Oberfläche des ersten Galliumnitrids gebildet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ionenimplantation für die Blasenschicht unter Verwendung von mindestens einem von Wasserstoff, Helium, Stickstoff und Argon durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Galliumnitrid eine N-Fläche und eine Ga-Fläche umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei bei dem Durchführen der zweiten Ionenimplantation die Blasenschicht auf der Ga-Fläche des ersten Galliumnitrids gebildet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei dem Durchführen der zweiten Ionenimplantation eine Wärmebehandlung für die Blasenschicht ferner durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Wärmebehandlung bei 400 °C bis 800 °C durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verbinden 5 Stunden lang bei 200 °C bis 450 °C durchgeführt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das temporäre Substrat ferner entfernt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das temporäre Substrat einen amorphen Dünnfilm auf einer Oberfläche davon umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der amorphe Dünnfilm mindestens eines von Siliziumoxid (SiOx), Siliziumnitrid (SiNx) und Siliziumoxinitrid (SiON) ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das temporäre Substrat mindestens eines von Saphir, Galliumarsenid (GaAs), Spinell, Silizium (Si), Indiumphosphid (InP) und Siliziumkarbid (SiC) ist.
DE102018213434.0A 2018-05-29 2018-08-09 Verfahren zur Herstellung von Galliumnitridsubstrat unter Verwendung der Multiionimplantation Pending DE102018213434A1 (de)

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