DE112019003987T5 - VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES GaN-LAMINATSUBSTRATS - Google Patents

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Yoshihiro Kubota
Kazutoshi Nagata
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Abstract

Die vorliegende Erfindung umfasst: Übertragen eines dünnen C-Fläche-Saphirfilms 1t mit einem Off-Winkel von 0. 5-5° auf ein Handhabungssubstrat, das aus einem keramischen Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten bei 800 K besteht, der größer als der von Silizium und kleiner als der von C-Fläche-Saphir ist, wodurch ein GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat 11 hergestellt wird; Durchführen einer Hochtemperatur-Nitrierbehandlung auf dem GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat 11 und Bedecken der Oberfläche des C-Fläche-Saphir-Dünnfilms 1t mit einer Oberflächenbehandlungsschicht 11a aus AlN; Veranlassen des epitaktischen Wachstums von GaN auf der Oberflächenbehandlungsschicht 11a, wodurch ein GaN-Filmträger hergestellt wird, dessen Oberfläche aus einer N-Polaritätsoberfläche besteht; Ionenimplantation eines GaN-Films 13; Zusammenkleben und Verbinden der GaN-filmseitigen Oberfläche des ionenimplantierten GaN-Filmträgers und eines Trägersubstrats 12; Durchführen einer Ablösung an einem Ionenimplantationsbereich 13ionim GaN-Film 13 und Übertragen eines GaN-Dünnfilms 13a auf das Trägersubstrat 12; und Erhalten eines GaN-Laminatsubstrats 10, das auf dem Trägersubstrat 12 den GaN-Dünnfilm 13a mit günstiger Kristallinität und Ebenheit aufweist, dessen Oberfläche aus einer Ga-Polaritätsoberfläche besteht.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines GaN-Laminatsubstrats mit einer Frontfläche, die eine Ga-Polaritätsoberfläche oder Ga-Oberfläche ist.
  • HINTERGRUND
  • Aufgrund einer breiteren Bandlücke als Si und GaAs wird kristallines GaN als vielversprechend für die Anwendung in elektrischen Hochgeschwindigkeitsgeräten angesehen. Unter anderem sind Bulk-GaN-Substrate mit guter Kristallinität klein im Durchmesser und sehr teuer, so dass ihr weit verbreiteter Einsatz erschwert wird.
  • Im Gegensatz dazu sind GaN-Dünnfilme mit einem relativ großen Durchmesser durch heteroepitaktisches Wachstum von GaN auf A1N-Substraten oder Al2O3-(Saphir)-Substraten durch Hydrid-Gasphasenepitaxie (HVPE) oder metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) erhältlich. Aber nur wenige Filme haben akzeptable Eigenschaften.
  • Auch Laminat-Substrate mit GaN-Dünnfilmen, die auf Si-Substraten gebildet werden, die im Allgemeinen als Halbleitermaterial weit verbreitet sind, sind als Gerätesubstrate in Hochleistungsgeräten durchaus zu erwarten, da hervorragende grundlegende Eigenschaften von GaN verfügbar sind und die fortschrittliche Verarbeitungstechnologie von Si-Halbleitergeräten anwendbar ist.
  • Als Mittel zur Bildung eines GaN-Dünnfilms auf einem Si-Substrat wurde das Verfahren der Abscheidung von GaN direkt auf der Si <11 1>-Fläche durch Hetero-Epitaxie-Wachstumstechnik entwickelt. In der Praxis werden bereits Substrate mit einem Durchmesser von 200 mm verwendet.
  • Um mit diesem Verfahren GaN von guter Kristallinität zu erhalten, muss jedoch eine multiple dicke Pufferschicht zwischen dem Si-Substrat und dem GaN-Dünnfilm gebildet werden. Dies liegt daran, dass der GaN-Film und das Si-Substrat weitgehend unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben und deren Kristalle ungleiche Gitterkonstanten aufweisen. Dann neigt das Laminatsubstrat dazu, sich zu verformen. Das Verformen nimmt mit zunehmender Dicke der GaN-Schicht bzw. mit zunehmendem Durchmesser des Substrats zu, wodurch sich das Problem ergibt, dass eine Vielzahl von Kristalldefekten erzeugt und vergrößert wird. Wenn das Verformen des Laminatsubstrats zunimmt, bricht das Laminatsubstrat schließlich. Selbst wenn das Laminatsubstrat nicht bricht, treten bei den Prozessen innerhalb des Halbleitergeräts verschiedene Probleme auf. Ein schwerwiegendes Problem entsteht insbesondere beim Belichtungsprozess während der Mikrofabrikation. Um das Verformen abzumildern, muss dann eine dicke Pufferschicht zwischen dem Si-Substrat und dem GaN-Dünnfilm eingefügt werden, wobei die Pufferschicht einen linearen Ausdehnungskoeffizienten und eine Gitterkonstante haben muss, die beide zwischen den beiden Materialien liegen.
  • Bei diesem Verfahren ist es jedoch immer noch schwierig, eine GaN-Schicht mit guten Eigenschaften auf dem Laminatsubstrat zu verdicken.
  • Als Mittel zur Lösung der noch offenen Probleme wird ein Verfahren zur Herstellung eines GaN-Laminatsubstrats durch das folgende Übertragungsverfahren in Betracht gezogen.
  • Nämlich wird ein erstes Substrat bereitgestellt und ein GaN-Film mit einer vorbestimmten Dicke wird epitaktisch auf dessen Oberfläche gezüchtet. Anschließend wird das Substrat einer Ionenimplantation unterzogen, um eine versprödete Schicht (ionenimplantierter Bereich) in einer bestimmten Tiefe von der Oberfläche zu bilden. Das erste Substrat wird mit einem zweiten Substrat verbunden, wonach eine Trennung entlang der versprödeten Schicht durchgeführt wird, um einen GaN-Dünnfilm auf das zweite Substrat zu übertragen, wodurch ein GaN-Laminatsubstrat entsteht.
  • Zu diesem Zeitpunkt wird die Wachstums- oder Vorderflächenseite zu einer Ga-Polaritätsoberfläche (im Folgenden als Ga-Oberfläche bezeichnet) im Falle des allgemeinen epitaktischen Wachstums von GaN (d.h. der GaN-Epitaxie-Wachstumsfilm, der auf dem ersten Substrat gebildet wird). Daher wird die ionenimplantierte Oberflächenseite zu einer Ga-Oberfläche, und die Oberfläche nach der Übertragung auf das zweite Substrat wird aufgrund der Trennung zu einer Oberfläche mit N-Polarität (N-Oberfläche). Da die Ga-Oberfläche, die gute Eigenschaften für die Oberfläche der Geräteherstellung bereitstellen kann, im Allgemeinen in der Anwendung für elektronische Teile verwendet wird, ist es notwendig, dass der GaN-Dünnfilm, der auf das zweite Substrat übertragen wurde, erneut gebunden und auf ein drittes Substrat übertragen wird, so dass die vordere Oberfläche eine Ga-Oberfläche wird. Bislang wurden viele Studien zu dem Versuch gemacht, dass die Oberfläche nach der Übertragung auf das zweite Substrat aufgrund der Trennung eine Ga-Oberfläche wird (d.h. die Epitaxie-Wachstumsoberfläche auf dem ersten Substrat wird zu einer N-Oberfläche). Das epitaktische Wachstum auf der N-Oberfläche führt jedoch zu einem GaN-Film mit schlechter Kristallinität und Ebenheit, der in der Geräteanwendung schwer zu verwenden ist.
  • Da die oben erwähnten üblichen Eigenschaften des GaN-Epitaxie-Wachstums erfordern, dass die Wachstumsoberfläche (vordere Oberfläche) des endgültigen GaN-Laminatsubstrats eine Ga-Oberfläche ist, ist es unvermeidlich, sich die Mühe zu machen, den Transfer des GaN-Dünnfilms zweimal zu wiederholen. Dies verkompliziert den Prozess und verursacht geringe Fertigungsausbeuten und hohe Kosten.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass eine ältere Technologie, die für die vorliegende Erfindung relevant ist, JP A 2016-511934 (Patentdokument 1) ist.
  • DOKUMENTE ZUM STAND DER TECHNIK
  • PATENTSCHRIFT
  • Patentdokument 1: JP-A 2016-511934
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHES PROBLEM
  • Eine Aufgabe der Erfindung, die unter den oben genannten Umständen gelöst wurde, ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines GaN-Laminatsubstrats mit einer Ga-Oberfläche als Vorderfläche und guter Kristallinität und Ebenheit auf einfache Weise bereitzustellen, wobei das GaN-Laminatsubstrat mit einem großen Durchmesser von mindestens 150 mm hergestellt werden kann.
  • LÖSUNG DES PROBLEMS
  • Um die obigen und andere Ziele zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines GaN-Laminatsubstrats bereit, wie nachstehend definiert.
    1. 1. Verfahren zur Herstellung eines GaN-Laminatsubstrats, umfassend die Schritte:
      • Übertragen eines C-Fläche-Saphir-Dünnfilms, der von einem C-Fläche-Saphir-Substrat mit einem Off-Winkel von 0,5 bis 5° durch die Ionen-Implantations-Trenntechnik abgetrennt wird, auf ein Handhabungssubstrat, das aus einem Glas-, Keramik- oder Einkristall-Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten bei 800K besteht, der größer als der von Silizium und kleiner als der von C-Fläche-Saphir ist, um ein GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat zu erzeugen;
      • Durchführen einer Hochtemperatur-Nitrierbehandlung auf dem GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat bei 800 bis 1.000°C und/oder einer Abscheidungsbehandlung von kristallinem AlN auf dem C-Fläche-Saphir-Dünnfilm des GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrats, um dadurch die Oberfläche des C-Fläche-Saphir-Dünnfilms mit einer oberflächenbehandelten Schicht aus AlN zu bedecken;
      • Bewirken eines GaN-Epitaxie-Wachstums auf der oberflächenbehandelten Schicht des oberflächenbehandelten GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrats, um einen GaN-Filmträger mit einer vorderen Oberfläche, die eine N-Polaritätsoberfläche ist, zu konstruieren;
      • Unterziehen des GaN-Films einer Ionenimplantation, um einen ionenimplantierten Bereich zu bilden;
      • Anbringen und Verbinden der GaN-Schicht-seitigen Oberfläche des ionenimplantierten GaN-Filmträgers und eines Trägersubstrats; und
      • Trennen eines GaN-Dünnfilms von dem GaN-Film entlang des ionenimplantierten Bereichs und Übertragen des GaN-Dünnfilms auf das Trägersubstrat, wodurch ein GaN-Laminatsubstrat mit dem GaN-Dünnfilm auf dem Trägersubstrat erhalten wird, wobei der GaN-Dünnfilm eine Vorderfläche aufweist, die eine Ga-Polaritätsfläche ist.
    2. 2. Verfahren nach Punkt 1, wobei das Handhabungssubstrat aus einem Borsilikatglas, GaN-Sinterkörper, AlN-Sinterkörper oder GaAs-Einkristall besteht.
    3. 3. Das Verfahren nach Punkt 1 oder 2, wobei in dem Schritt des Übertragens eines C-Fläche-Saphir-Dünnfilms auf ein Handhabungssubstrat ein Dünnfilm aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Siliziumoxynitrid zwischen dem Handhabungssubstrat und dem C-Fläche-Saphir-Dünnfilm angeordnet wird.
    4. 4. Das Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 3, wobei das GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat eine Verformung von bis zu 300 µm aufweist.
    5. 5. Das Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 4, wobei der Schritt des Bewirkens des GaN-Epitaxie-Wachstums bei einer Temperatur von mehr als 1.000°C bis 1.200°C erfolgt.
    6. 6. Das Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 5, wobei der Schritt des Bewirkens des GaN-Epitaxie-Wachstums durch die MOCVD-Technik erfolgt.
    7. 7. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 6, bei dem nach der Oberflächenbehandlung des C-Fläche-Saphir-Substrats eine GaN-Pufferschicht auf der oberflächenbehandelten Schicht bei 700°C oder weniger gebildet wird und das GaN-Epitaxie-Wachstum dann auf der GaN-Pufferschicht bewirkt wird.
    8. 8. Verfahren nach Punkt 7, wobei die GaN-Pufferschicht eine Dicke von 20 bis 40 nm aufweist.
    9. 9. Das Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 8, wobei nach der Bildung des GaN-Films durch epitaktisches Wachstum ein Siliziumoxidfilm auf dem GaN-Film gebildet wird, um den GaN-Filmträger herzustellen.
    10. 10. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 9, bei dem vor der Ionenimplantation die Oberfläche des GaN-Filmträgers, der der Ionenimplantation unterzogen wird, auf eine arithmetische mittlere Rauhigkeit Ra von 0,3 nm oder weniger geglättet wird.
    11. 11. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 10, wobei die Ionenimplantation auf den GaN-Film eine Behandlung unter Verwendung von Wasserstoffionen (H+) und/oder Wasserstoffmolekül-Ionen (H2 +) mit einer Implantationsenergie von 100 bis 160 keV und einer Dosis von 1,0×1017 bis 3,5×1017 Atomen/cm2 ist.
    12. 12. Das Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 11, wobei das Trägersubstrat aus Si, Al2O3, SiC, AlN oder SiO2 besteht.
    13. 13. Verfahren nach Punkt 12, bei dem das Trägersubstrat einen auf seiner Oberfläche gebildeten Siliziumoxidfilm aufweist, um mit dem GaN-Filmträger verbunden zu werden, mit Ausnahme des Trägersubstrats, das aus SiO2 hergestellt ist.
  • VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
  • Erfindungsgemäß wird, nachdem ein C-Fläche-Saphir-Dünnfilm mit einem vorbestimmten Off-Winkel in einem GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat einer vorbestimmten Oberflächenbehandlung unterzogen wurde, GaN auf dem behandelten Dünnfilm epitaktisch gezüchtet. So kann ein GaN-Film mit einer N-Polaritätsoberfläche als Frontfläche und guter Kristallinität gebildet werden. Durch nur einen GaN-Dünnfilm-Transferschritt kann ein GaN-Laminatsubstrat mit einer Ga-Polaritätsoberfläche als Frontfläche hergestellt werden. Da die Anzahl der Transferschritte geringer ist als im Stand der Technik, wird eine Prozesskostenreduzierung möglich. Da die GaN-Schicht, die beim Transfer verloren geht, eliminiert wird, können die Materialkosten reduziert werden. Während die Variation der Schichtdicke und der Oberflächenrauhigkeit in der Ebene proportional zur Anzahl der Transferschritte zunimmt, werden solche Zunahmen aufgrund einer geringeren Anzahl von Transferschritten als im Stand der Technik unterdrückt.
  • Da der Unterschied im WAK zwischen dem Handhabungssubstrat und dem GaN-Film des GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrats minimal gesteuert wird, wird bei dem GaN-Filmträger, der durch epitaktisches Wachstum eines GaN-Films erhalten wird, außerdem die Verformung unterdrückt. Dies ermöglicht den GaN-Filmtransfer von dem GaN-Filmträger mit einem großen Durchmesser. So kann ein GaN-Laminatsubstrat mit einer Ga-Oberfläche als Frontfläche und guter Kristallinität und Ebenheit mit einem großen Durchmesser hergestellt werden.
  • Außerdem wird erfindungsgemäß ein epitaktisch gezüchtetes Substrat, das leicht mit einem großen Durchmesser hergestellt werden kann, als Donorsubstrat für die GaN-Dünnfilm Übertragung verwendet. Ein GaN-Laminatsubstrat mit einem großen Durchmesser ist im Vergleich zur Verwendung von teuren Bulk-GaN-Substraten mit kleinem Durchmesser als Donorsubstrat zu geringen Kosten erhältlich. Durch die Verwendung des resultierenden GaN-Laminatsubstrats mit der Vorderseite einer Ga-Polaritätsfläche als GaN-Templatesubstrat und das weitere Bewirken eines epitaktischen Wachstums von GaN darauf ist ein GaN-Substrat mit hoher Druckbeständigkeit, hohen Eigenschaften und niedrigen Kosten erhältlich.
  • Figurenliste
    • [1] 1 veranschaulicht unter den Schritten des Verfahrens zur Herstellung eines GaN-Laminatsubstrats gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Schritte, die durchgeführt werden, bis ein GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat hergestellt ist, (a) das Bereitstellen eines C-Fläche-Saphir-Substrats und eines Handhabungssubstrats, (b) das Bilden eines Dünnfilms auf dem C-Fläche-Saphir-Substrat, (c) die Ionenimplantationsbehandlung, (d) das Anbringen und Verbinden und (e) das Trennen und Übertragen eines C-Fläche-Saphir-Dünnfilms.
    • [2] 2 veranschaulicht unter den Schritten des Verfahrens zur Herstellung eines GaN-Laminatsubstrats gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Schritte, die bis zur Herstellung eines GaN-Laminatsubstrats unter Verwendung des GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrats, das in 1 erhaltenen GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrats und eines Trägersubstrats, (b) die Oberflächenbehandlung des GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrats, (c) das GaN-Epitaxie-Wachstum, (d) die Ionenimplantationsbehandlung, (e) das Befestigen und Verbinden und (f) das Trennen und Übertragen eines GaN-Dünnfilms.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nun wird das Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen GaN-Laminatsubstrats beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass der Zahlenbereich von „A bis B“ die Endpunkte des Bereichs einschließt, d. h. von mehr als oder gleich A bis weniger als oder gleich B.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines GaN-Laminatsubstrats umfasst die Schritte des Übertragens eines C-Fläche-Saphir-Dünnfilms, der von einem C-Fläche- Saphir-Substrat mit einem Off-Winkel von 0.5 bis 5° durch die Ionenimplantations-Trenntechnik auf ein Handhabungssubstrat, das aus einem Glas-, Keramik- oder Einkristallmaterial mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten bei 800K besteht, der größer als der von Silizium und kleiner als der eines C-Fläche-Saphirs ist, um ein GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat zu konstruieren; Durchführen einer Hochtemperatur-Nitrierbehandlung auf dem GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat bei 800 bis 1.000°C und/oder einer Abscheidungsbehandlung von kristallinem AlN auf dem C-Fläche-Saphir-Dünnfilm des GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrats, um dadurch die Oberfläche des C-Fläche-Saphir-Dünnfilms mit einer oberflächenbehandelten Schicht aus AlN zu bedecken Bewirken eines GaN-Epitaxie-Wachstums auf der oberflächenbehandelten Schicht des oberflächenbehandelten GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrats, um einen GaN-Filmträger mit einer vorderen Oberfläche, die eine N-Polaritätsoberfläche ist, herzustellen; Unterziehen des GaN-Films einer Ionenimplantation, um einen ionenimplantierten Bereich zu bilden; Anbringen und Verbinden der GaN-filmseitigen Oberfläche des ionenimplantierten GaN-Filmträgers und eines Trägersubstrats miteinander und Trennen eines GaN-Dünnfilms von dem GaN-Film entlang des ionenimplantierten Bereichs und Übertragen des GaN-Dünnfilms auf das Trägersubstrat, wodurch ein GaN-Laminatsubstrat mit dem GaN-Dünnfilm auf dem Trägersubstrat erhalten wird, wobei der GaN-Dünnfilm eine Vorderfläche aufweist, die eine Ga-Polaritätsfläche ist.
  • Unter Bezugnahme auf 1 und 2 wird das Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen GaN-Laminatsubstrats im Detail beschrieben.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines GaN-Laminatsubstrats wird zunächst ein GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat hergestellt, wie in 1 gezeigt, durch Ausführen des Schrittes (a) des Bereitstellens eines C-Fläche-Saphir-Substrats und eines Handhabungssubstrats (Schritt 1-1), (b) des Bildens eines dünnen Films auf dem C-Fläche-Saphir-Substrat (Schritt 1-2), (c) der Ionenimplantationsbehandlung des C-Fläche-Saphir-Substrats (Schritt 1-3), (d) des Anbringens und Verbindens des C-Fläche-Saphir-Substrats mit dem Handhabungssubstrat (Schritt 1-4) und (e) des Trennens und Übertragens eines C-Fläche-Saphir-Dünnfilms (Schritt 1-5) in Folge.
  • (Schritt 1-1: Bereitstellen von C-Fläche-Saphir-Substrat und Handhabungssubstrat)
  • Zunächst werden ein C-Fläche-Saphir-Substrat 1 und ein Handhabungssubstrat 2 bereitgestellt (1(a)).
  • Das C-Fläche-Saphir-Substrat 1 ist ein Substrat aus Saphir (α-Al2O3), wobei eine Substratoberfläche durch die C-Fläche ((0001)-Ebene) gegeben ist. Das C-Fläche-Saphir-Substrat 1 hat einen Off-Winkel der c-Achse (im Folgenden Off-Winkel genannt) von 0,5 bis 5°, vorzugsweise 2 bis 3°. Das Einstellen eines Off-Winkels innerhalb des Bereichs stellt sicher, dass, wenn ein GaN-Film 13 auf einem C-Fläche-Saphir-Dünnfilm 1t gebildet wird, der von dem C-Fläche-Saphir-Substrat 1 durch Abtrennung und Übertragung gebildet wird, der GaN-Film 13 eine vordere Oberfläche hat, die eine N-Polaritätsoberfläche ist (im Folgenden als N-Oberfläche bezeichnet) und ein Epitaxie-Wachstumsfilm mit verbesserter Glätte und guter Kristallinität ist; und dass, wenn ein Teil des GaN-Films 13 durch das Ionenimplantations-Trennverfahren abgetrennt oder gespalten und auf ein Trägersubstrat 12 übertragen wird, der übertragene Dünnfilm 13a eine gute Glätte aufweist. Es wird angemerkt, dass der Off-Winkel ein Winkel ist, der eingeschlossen ist, wenn die Substratvorderseite (Oberfläche, die dem Kristallwachstum unterliegt) leicht von der dicht gepackten Ebene in einer bestimmten Richtung geneigt ist, und der c-Achsen-Off-Winkel bezieht sich auf die Größe der Neigung der c-Achse (normale Achse zur C-Fläche) des C-Fläche-Saphir-Substrats 1 in Richtung der a-Achse.
  • Das Handhabungssubstrat 2 ist ein Substrat, das aus einem Glas-, Keramik- oder Einkristallmaterial besteht, das einen Wärmeausdehnungskoeffizient (WAK) bei 800K hat, der größer als der von Silizium und kleiner als der von C-Fläche-Saphir ist. Es ist ein Basissubstrat, aus dem ein GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat 11 durch die hier beschriebenen Schritte hergestellt wird.
  • Das Handhabungssubstrat 2 besteht vorzugsweise aus einem Glas-, Keramik- oder Einkristallmaterial mit einer Differenz (Δα) zwischen dem WAK bei Substrattemperatur während des GaN-Epitaxie-Wachstums, typischerweise 1.000°C, und dem WAK bei Raumtemperatur (20°C), die größer als die von Silizium und kleiner als die von C-Fläche-Saphir ist, und besonders bevorzugt aus einem Material, das GaN so nahe wie möglich ist. Besonders bevorzugt besteht das Handhabungssubstrat 2 aus Borosilikatglas, GaN-Sinterkörper, AlN-Sinterkörper oder GaAs-Einkristall. Insbesondere umfassen Beispiele für das Borosilikatglas Borosilikatglas 1 (JR-1) und Borosilikatglas 2 (JR-2), wie in JIS R3503:2007 vorgeschrieben.
  • Wie hier verwendet, bezieht sich der WAK auf den linearen Ausdehnungskoeffizienten eines Materials bei der vorgegebenen Temperatur. Da der WAK eine Funktion der Temperatur ist, wird in der Praxis der Erfindung der Wert bei einer Zwischentemperatur zwischen der Temperatur während des Epitaxie-Wachstums und der Raumtemperatur zur Beurteilung verwendet.
  • Beispielhafte WAK-Werte bei 800K von typischen Materialien sind unten dargestellt.
    GaN: 6,0×10-6/K (800K)
    C-Fläche-Saphir: 8,0×10-6/K (800K)
    A1N: 5,2×10-6/K (800K)
    Si: 4,1×10-6/K (800K)
    GaAs-Einkristall: 6,9×10-6/K (800K)
  • Das Handhabungssubstrat 2 hat vorzugsweise eine arithmetische mittlere Rauheit Ra (JIS B0601:2013, siehe unten) von 0,5 nm oder weniger an seiner Stirnfläche. Dadurch wird eine festere Verbindung beim Bonden mit dem C-Fläche-Saphir-Substrat 1 hergestellt.
  • (Schritt 1-2: Bilden eines dünnen Films auf einem C-Fläche Saphir-Substrat)
  • Ein dünner Film 1a) wird auf dem C-Fläche-Saphir-Substrat 1 gebildet (1(b))
  • Der Dünnfilm 1a befindet sich zwischen dem C-Fläche-Saphir-Substrat 1 (schließlich C-Fläche-Saphir-Dünnfilm (1t) und dem passenden Handhabungssubstrat 2, um die Haftfestigkeit dazwischen zu verbessern. Der Dünnfilm 1a ist vorzugsweise aus Siliziumoxid (SiO2), Siliziumnitrid (Si3N4) oder Siliziumoxynitrid (SiOxNy) hergestellt. Der Dünnfilm 1a hat vorzugsweise eine Dicke von 300 bis 1.000 nm.
  • Der Dünnfilm 1a kann durch Sputtern, plasmaunterstützte CVD oder andere Verfahren hergestellt werden.
  • Dieser Schritt kann entfallen, wenn eine ausreichende Haftfestigkeit zwischen dem C-Fläche-Saphir-Substrat 1 und dem Handhabungssubstrat 2 auch ohne den dazwischenliegenden Dünnfilm 1a vorhanden ist (d.h. der C-Fläche-Saphir-Dünnfilm 1t wird ohne Trennung auf das Handhabungssubstrat 2 übertragen).
  • (Schritt 1-3: Ionenimplantationsbehandlung des C-Fläche-Saphir-Substrats 1)
  • Als nächstes wird die Oberfläche des C-Fläche-Saphir-Substrats 1, auf der der Dünnfilm 1a gebildet wurde, einer Ionenimplantation unterzogen, um eine ionenimplantierte Schicht oder einen ionenimplantierten Bereich 1ion im C-Fläche-Saphir-Substrat 1 zu definieren ( 1(c)).
  • Hierbei werden vorzugsweise Wasserstoffionen (H+) und/oder Wasserstoffmolekülionen (H2 +) als das implantierende Ion verwendet.
  • Die Implantationsenergie, die die Tiefe der Ionenimplantation bestimmt (d.h. die Dicke des abgetrennten Films oder des C-Fläche-Saphir-Dünnfilms 1t), beträgt vorzugsweise 110 bis 160 keV. Wenn die Implantationsenergie gleich oder größer als 110 keV ist, kann die Dicke des C-Fläche-Saphir-Dünnfilms 1t 500 nm oder mehr betragen. Wenn die Implantationsenergie 160 keV übersteigt, machen sich Implantationsschäden bemerkbar, mit dem Risiko, dass die Kristallinität des abgetrennten Dünnfilms verschlechtert wird.
  • Auch die Dosis beträgt vorzugsweise 1,0×1017 bis 3,0×1017 Atome/cm2. In diesem Dosisbereich kann ein ionenimplantierter Bereich 1ion , der zu einer Trennschicht (versprödete Schicht) wird, in dem C-Fläche-Saphir-Substrat 1 definiert werden. Insbesondere ist die Ionenimplantationstemperatur Raumtemperatur.
  • Die Ionenimplantationsbehandlung kann auf das C-Fläche-Saphir-Substrat 1 angewendet werden, auf dem der Dünnfilm 1a, wie er im vorherigen Schritt 1-2 gebildet wurde, liegt. Wenn die vordere Oberfläche des Dünnfilms 1a, wie sie gebildet wurde (oder die vordere Oberfläche des C-Fläche-Saphir-Substrats 1, wenn der Dünnfilm 1a nicht gebildet wurde), rau ist, wird die Tiefe der Ionenimplantation in Übereinstimmung mit der Oberflächenrauhigkeit oder -unregelmäßigkeit unregelmäßig, und die Trennfläche (vordere Oberfläche) des C-Fläche-Saphir-Dünnfilms 1t nach der Trennung wird merklich rau oder unregelmäßig.
  • Es wird dann empfohlen, dass vor der Ionenimplantation die Oberfläche des C-Fläche-Saphir-Substrats 1, die der Ionenimplantation unterzogen wird (d.h. die vordere Oberfläche des Dünnfilms 1a oder die vordere Oberfläche des C- Fläche-Saphir-Substrats 1), auf eine arithmetische Durchschnittsrauhigkeit von vorzugsweise 0,3 nm oder weniger geglättet wird. Zum Beispiel kann die vordere Oberfläche des in Schritt 1-2 gebildeten Dünnfilms 1a oder die vordere Oberfläche des C- Fläche-Saphir-Substrats 1, wenn der Dünnfilm 1a nicht gebildet wird, durch Polieren, typischerweise CMP und/oder Ätzen, auf eine arithmetische Durchschnittsrauheit Ra von vorzugsweise 0,3 nm oder weniger geglättet werden.
  • Da nun die Oberfläche des C- Fläche-Saphir-Substrats 1, die der Ionenimplantation unterzogen wird (d.h. die vordere Oberfläche des Dünnfilms 1a oder die vordere Oberfläche des C-Fläche-Saphir-Substrats 1), wie oben beschrieben geglättet ist, wird die Ionenimplantationstiefe bei der anschließenden Ionenimplantationsbehandlung gleichmäßig, und daher erhält man nach dem Anbringen an das Handhabungssubstrat 2 und der anschließenden Abtrennung eine abgetrennte/übertragene Schicht (C-Fläche-Saphir-Dünnfilm 1t mit einer glatten Oberfläche (verringerter Oberflächenrauhigkeit).
  • (Schritt 1-4: Anbringen und Verbinden des C-Fläche-Saphir-Substrats 1 mit dem Handhabungssubstrat 2)
  • Als nächstes wird die vordere Oberfläche des dünnen Films 1a auf dem ionenimplantierten C-Fläche-Saphir-Substrat 1 (oder die Oberfläche des C-Fläche-Saphir-Substrats 1, wenn der dünne Film 1a nicht ausgebildet ist) an dem Handhabungssubstrat 2 angebracht und verbunden (1(d)).
  • An diesem Punkt sind das C-Fläche-Saphir-Substrat 1 und das Handhabungssubstrat 2 über den Dünnfilm 1a miteinander verbunden. Alternativ werden das C-Fläche-Saphir-Substrat 1 und das Handhabungssubstrat 2 in engem Kontakt miteinander verbunden, wenn der Dünnfilm 1a nicht ausgebildet ist.
  • Vor dem Anbringen werden vorzugsweise entweder die ionenimplantierte Oberfläche des C-Fläche-Saphir-Substrats 1 oder die Bondoberfläche des Handhabungssubstrats 2 oder beide einer Oberflächenaktivierungsbehandlung, typischerweise einer Plasmabehandlung, unterzogen.
  • Die Oberflächenaktivierungsbehandlung kann beispielsweise durchgeführt werden, indem das C-Fläche-Saphir-Substrat 1 und/oder das Handhabungssubstrat 2, das der Oberflächenaktivierungsbehandlung unterzogen wird, in eine herkömmliche Plasmakammer des Parallelplattentyps gesetzt wird, eine Hochfrequenzenergie von etwa 13,56 MHz und etwa 100 W angelegt wird und Ar, N2, O2 oder dergleichen als Prozessgas zugeführt wird. Die Behandlungszeit kann 5 bis 30 Sekunden betragen. Durch diese Behandlung wird die Oberfläche des/der betreffenden Substrats/Substrate aktiviert, wodurch die Haftfestigkeit nach der Befestigung erhöht wird.
  • Zusätzlich wird durch Ausglühen bei ca. 200 bis 300°C nach dem Anbringen eine festere Verbindung gebildet.
  • (Schritt 1-5: Trennen und Übertragen des C-Fläche-Saphir-Dünnfilms)
  • Als nächstes wird ein C-Fläche-Saphir-Dünnfilm 1t entlang des ionenimplantierten Bereichs 1ion im C-Fläche-Saphir-Substrat 1 abgetrennt und auf das Handhabungssubstrat 2 übertragen (1(e)).
  • Die Trennbehandlung kann jede der Behandlungen sein, die üblicherweise bei dem Ionenimplantations-Trennverfahren eingesetzt werden, z.B. mechanische Trennung wie das Einsetzen von Klingen, optische Trennung wie Laserstrahlbestrahlung und physikalische Stoßtrennung wie Wasserstrahl oder Ultraschall.
  • Auf diese Weise erhält man ein GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat 11, bei dem ein C-Fläche-Saphir-Dünnfilm 1t mit einem Off-Winkel von 0,5 bis 5°, vorzugsweise 2 bis 3°, und einer ebenen Oberfläche auf dem Handhabungssubstrat 2 angeordnet ist.
  • Je kleiner die Verformung des GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrats 11 ist, desto besser sind die Ergebnisse. In der Praxis beträgt die Verformung vorzugsweise bis zu 300 µm, weiter bevorzugt bis zu 200 µm und noch weiter bevorzugt bis zu 150 µm, vorausgesetzt, dass das Substrat auf einen Durchmesser von mindestens 150 mm oder 6 Zoll ausgelegt ist (die obere Grenze des Durchmessers liegt typischerweise bei bis zu 300 mm oder 12 Zoll, ist aber nicht kritisch). Dies erleichtert die anschließenden Behandlungsschritte.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass sich die Verformung des GaN-Epitaxie-WachstumsSubstrats 11 auf eine Höhendifferenz zwischen der Mitte und dem Ende des GaN-Epitaxie-Wachstums-Substrats 11 bezieht, wenn das GaN-Epitaxie-Wachstums-Substrat 11 mit der C-Fläche des Saphir-Dünnfilms 1t nach oben (vordere Oberflächenseite) platziert wird, und wird in Minuswerten ausgedrückt, wenn der Mittelteil des Substrats nach unten konvex ist, oder in Pluswerten, wenn der Mittelteil des Substrats nach oben konvex ist. Für die Messung der Verwerfung kann ein Fizeau-Interferometer des Typs mit senkrechtem Einfall (Flat Master von Corning Tropel) verwendet werden (das Gleiche gilt für die Beispiele).
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines GaN-Laminatsubstrats wird ein GaN-Laminatsubstrat, wie in 2 gezeigt, hergestellt, indem Schritt (a) des Bereitstellens eines GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrats und eines Trägersubstrats (Schritt 2-1), (b) der Oberflächenbehandlung des GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrats (Schritt 2-2), (c) des GaN-Epitaxie-Wachstums (Schritt 2-3), (d) der Ionenimplantationsbehandlung (Schritt 2-4), (e) des Anbringens und Verbindens (Schritt 2-5) und (f) des Trennens und Übertragens eines GaN-Dünnfilms (Schritt 2-6) nacheinander ausgeführt werden.
  • (Schritt 2-1: Bereitstellen von GaN-Epitaxie-Wachstums-Substrat und Trägersubstrat)
  • Zunächst werden das GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat 11 und ein Trägersubstrat 12 bereitgestellt (2(a)).
  • Das GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat 11 wurde durch das oben erwähnte Verfahren hergestellt und trägt der C-Fläche-Saphir-Dünnfilm 1t mit einem Off-Winkel von 0,5 bis 5°, vorzugsweise 2 bis 3°, auf dem Handhabungssubstrat 2.
  • Ein Off-Winkel in diesem Bereich stellt sicher, dass ein GaN-Film 13, der später auf dem C-Fläche-Saphir-Dünnfilm 1t gebildet wird, ein Epitaxie-Wachstumsfilm wird, der eine vordere Oberfläche hat, die eine N-Polaritätsoberfläche (N-Oberfläche, im Folgenden) ist, eine verbesserte Glätte und eine gute Kristallinität hat, und dass außerdem, wenn ein Teil des GaN-Films durch die Ionenimplantations-Trenntechnik abgetrennt und auf das Trägersubstrat 12 übertragen wird, der übertragene Dünnfilm 13a eine verbesserte Glätte hat.
  • Außerdem hat der C-Fläche-Saphir-Dünnfilm 1t vorzugsweise eine arithmetische mittlere Rauheit Ra von bis zu 0,5 nm auf seiner Vorderfläche. Dadurch wird sichergestellt, dass der aus dem epitaktischen Wachstum resultierende GaN-Film 13 eine glattere Oberfläche aufweist und nach dem Aufbringen und Bonden eine festere Verbindung mit dem Trägersubstrat 12 bildet.
  • Das Trägersubstrat 12 ist ein Substrat zum endgültigen Tragen des GaN-Dünnfilms 13a und besteht vorzugsweise aus Si, Al2O3, SiC, AlN oder SiO2. Das Material, aus dem das Trägersubstrat 12 besteht, kann in Abhängigkeit von der Anwendung der Halbleitergeräte, die unter Verwendung des resultierenden GaN-Laminatsubstrats hergestellt werden, geeignet ausgewählt werden.
  • Das Trägersubstrat 12 hat vorzugsweise eine arithmetische mittlere Rauheit Ra von bis zu 0,5 nm auf seiner Vorderfläche. Dadurch wird sichergestellt, dass beim Bonden mit dem GaN-Schichtträger mit GaN-Schicht 13 auf dem GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat 11 eine festere Verbindung hergestellt wird.
  • Außerdem kann ein Bindungsfilm aus Siliziumoxid (SiOx-Dünnfilm, wobei 0 < × 2) als die äußerste Schicht auf dem Trägersubstrat 12 durch die Sputtertechnik, Plasma-CVD-Technik oder thermische Oxidationstechnik gebildet werden, wenn das Trägersubstrat 12 aus Si besteht, mit Ausnahme der Ausführungsform, bei der das Trägersubstrat 12 aus SiO2 besteht. Wenn die Oberflächenrauhigkeit des Trägersubstrats 12 selbst nicht ganz klein ist (z.B. wenn das Trägersubstrat 12 auf seiner vorderen Oberfläche eine arithmetische Durchschnittsrauhigkeit Ra von mehr als 0,5 nm aufweist), kann der Bondfilm durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) oder auf andere Weise behandelt werden, um seine Oberfläche zu glätten. Dadurch wird sichergestellt, dass beim Bonden mit dem GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat 11 und dem GaN-Schichtträger mit der GaN-Schicht 13 eine höhere Haftfestigkeit erreicht wird.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass der Bondfilm vorzugsweise eine Dicke von etwa 300 bis 1.000 nm aufweist.
  • (Schritt 2-2: Oberflächenbehandlung des GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrats)
  • Als nächstes wird das GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat einer Oberflächenbehandlung unterzogen (2(b)).
  • Das heißt, das GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat wird einer Oberflächenbehandlung unterzogen, indem eine Hochtemperatur-Nitrierbehandlung bei 800 bis 1000°C auf dem GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat 11 und/oder eine Abscheidungsbehandlung von kristallinem AlN auf der C-Fläche des Saphir-Dünnfilms 1t des GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrats 11 durchgeführt wird. Auf diese Weise wird die Oberfläche des C-Fläche-Saphir-Dünnfilms 1t mit einer oberflächenbehandelten Schicht 11a bedeckt.
  • Von den Oberflächenbehandlungen umfasst die Hochtemperatur-Nitrierbehandlung des GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrats 11 das Erhitzen des GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrats 11 in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre bei einer Temperatur, die geringfügig niedriger ist als die Temperatur des anschließenden GaN-Epitaxie-Wachstums, insbesondere 800 bis 1.000°C, um dadurch einen AIN-Film als die oberflächenbehandelte Schicht 11a zumindest auf der Oberfläche des C-Fläche-Saphir-Dünnfilms 1t zu bilden. Diese Behandlung wird vorzugsweise in-situ in einer üblichen Behandlungskammer einer MOCVD-Anlage für das epitaktische Wachstum von GaN-Film und bei einer Temperatur (800 bis 1.000°C) durchgeführt, die etwas niedriger ist als die Temperatur (1.050 bis 1.100°C) des epitaktischen GaN-Wachstums. Wenn die Behandlungstemperatur niedriger als 800°C ist, findet kein N-Polaritätswachstum des GaN-Films statt. Übersteigt die Behandlungstemperatur 1.000°C, wird das durch anschließendes epitaktisches Wachstum gebildete GaN in seiner Glätte beeinträchtigt. Typischerweise wird reiner Stickstoff als Prozessgas verwendet, während die Verwendung von Ammoniakgas akzeptabel ist, da mehr aktive Stickstoffatome aus Ammoniak erzeugt werden, wodurch die Oberflächenmorphologie (Kristallstruktur) des GaN-Films verbessert wird. Außerdem kann die Zeit der Hochtemperatur-Nitrierbehandlung etwa 30 Sekunden bis etwa 30 Minuten betragen. Durch Verlängerung der Behandlungszeit kann die Oberflächenmorphologie (Kristallstruktur) des GaN-Films verbessert werden.
  • Die Abscheidungsbehandlung von kristallinem AlN auf dem C-Fläche-Saphir-Dünnfilm 1t besteht darin, einen kristallinen AIN-Film als oberflächenbehandelte Schicht 11a auf dem C-Fläche-Saphir-Dünnfilm 1t durch das Saphir-Nitrierverfahren, die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) oder die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) zu bilden. Diese Abscheidungsbehandlung wird unter solchen Bedingungen durchgeführt, dass zumindest die Oberfläche des C-Fläche-Saphir-Dünnfilms 1t mit dem kristallinen AIN-Film (oberflächenbehandelte Schicht 11a) bedeckt werden kann.
  • Nachdem der kristalline AIN-Film als oberflächenbehandelte Schicht 11a auf dem C-Fläche-Saphir-Dünnfilm 1t in der oben beschriebenen Weise gebildet wurde, wird der kristalline AIN-Film vorzugsweise durch Wärmebehandlung vor dem GaN-Epitaxie-Wachstum stabilisiert.
  • (Schritt 2-3: GaN-Epitaxie-Wachstum)
  • Nach der Oberflächenbehandlung wird GaN epitaktisch auf der oberflächenbehandelten Schicht 11a des C-Fläche-Saphir-Dünnfilms 1t gezüchtet, um einen GaN-Film 13 mit einer vorderen Oberfläche zu bilden, die eine N-Polaritätsoberfläche ist, wodurch ein GaN-Filmträger vervollständigt wird.
  • Bekannte Verfahren zum epitaktischen Wachstum von GaN-Filmen umfassen Molekularstrahlepitaxie (MBE), Hydridgasphasenepitaxie (HVPE) und metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD). Von diesen ist das MOCVD-Verfahren am besten geeignet und bevorzugt für das direkte Wachstum eines im Wesentlichen defektfreien GaN-Dünnfilms auf des C-Fläche-Saphir-Dünnfilms 1t.
  • Dabei wird das epitaktische Wachstum des GaN-Films 13 durch das MOCVD-Verfahren vorzugsweise oberhalb von 1.000°C durchgeführt, und wobei die Hochtemperatur-Nitrierbehandlung in Schritt 2-2 durchgeführt wird, vorzugsweise bei einer Temperatur, die höher ist als die Behandlungstemperatur, mehr bevorzugt bei einer Temperatur von höher als 1.000°C bis 1.200°C für ein Gleichgewicht zwischen der Qualität und der Abscheidungsrate des GaN-Films 13. Es wird auch empfohlen, Trimethylgallium (TMG) und Ammoniak (NH3) als Prozessgas und Wasserstoff als Trägergas zu verwenden.
  • Die Dicke des GaN-Films 13 hängt von der Dicke des letztendlich gewünschten GaN-Dünnfilms 13a ab und beträgt typischerweise 1 bis 30 µm.
  • In der bevorzugten Ausführungsform wird nach der Oberflächenbehandlung des C-Fläche-Saphir-Dünnfilms 1t in Schritt 2-2 eine GaN-Pufferschicht auf der oberflächenbehandelten Schicht 11a bei einer niedrigen Temperatur, beispielsweise 700°C oder niedriger, gebildet, und das GaN-Epitaxie-Wachstum durch das MOCVD-Verfahren wird dann auf dieser GaN-Pufferschicht durchgeführt, um die GaN-Schicht 13 zu bilden.
  • Die Abscheidung der GaN-Pufferschicht wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 400 bis 700°C durchgeführt, mehr bevorzugt 400 bis 600°C aus dem Grund, dass, wenn die Abscheidungstemperatur über 700°C liegt, der GaN-Film 13 nicht getreu der N-Polarität auf der Pufferschicht wächst, und wenn die Abscheidungstemperatur unter 400°C liegt, die Abscheidung nicht stattfindet. Auch die Dicke der GaN-Pufferschicht ist vorzugsweise 20 bis 40 nm, mehr bevorzugt 20 bis 25 nm, aus dem Grund, dass eine zu dünne Schicht keinen oder nur einen geringen Puffereffekt erzielen kann, während eine zu dicke Schicht eine Verminderung der Filmqualität zur Folge haben kann.
  • Durch die oben erwähnte Reihe von Schritten zur Bildung des GaN-Films 13 (bis hinunter zu 2(c)) wird der GaN-Film 13, der eine N-Oberfläche als vordere Oberfläche und eine ausgezeichnete Kristallinität aufweist, auf dem C-Fläche-Saphir-Dünnfilm 1t (speziell die oberflächenbehandelte Schicht 11a) des GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrats 11 gebildet.
  • Die Oberfläche eines Verbindungshalbleiterkristalls wie GaN hat eine Polarität. Zum Beispiel hat ein einkristalliner GaN-Film, der aus den Bestandteilen Ga und N besteht, natürlich eine Polaritätsoberfläche (Ga-Polaritätsoberfläche oder Ga-Oberfläche), die aus Ga-Atomen besteht oder mit Ga-Atomen abgeschlossen ist, wobei freie Valenzbindungen der Ga-Atome freigelegt sind, und eine Polaritätsoberfläche (N-Polaritätsoberfläche oder N-Oberfläche), die aus N-Atomen besteht oder mit N-Atomen abgeschlossen ist, wobei freie Valenzbindungen der N-Atome freigelegt sind.
  • Außerdem ist die Kristallstruktur von GaN hexagonal und seine Polaritätsoberfläche entwickelt sich auf der dicht gepackten Ebene des Kristallgitters. Es ist anzumerken, dass die dicht gepackte Ebene des hexagonalen Verbindungshalbleiterkristalls die {0001}-Ebene ist, und die (0001)- und (000-1)-Ebenen sind insofern nicht äquivalent, als die erstere eine Ebene mit freiliegenden Kationenatomen und die letztere eine Ebene mit freiliegenden Anionenatomen ist. Im Fall von Galliumnitrid (GaN) ist die (0001)-Ebene die Ga-Oberfläche und die (000-1)-Ebene die N-Oberfläche.
  • Nachdem die GaN-Schicht 13 durch epitaktisches Wachstum gebildet wurde, kann eine Siliziumoxidschicht (SiOx, wobei 0 < × 2) auf der GaN-Schicht 13 als Bindungsschicht zur Befestigung an dem Trägersubstrat 12 durch Sputtern, plasmaunterstützte CVD oder dergleichen gebildet werden, wodurch der GaN-Schichtträger vervollständigt wird. In dieser Ausführungsform hat die Siliziumoxidschicht vorzugsweise eine Dicke (oder Dicke nach optionaler CMP) von 200 bis 1.000 nm.
  • (Schritt 2-4: Ionenimplantation auf GaN-Film 13)
  • Als nächstes wird eine Ionenimplantation auf der Oberfläche des GaN-Films 13 des GaN-Filmträgers durchgeführt, um eine ionenimplantierte Schicht oder Region 13ion im GaN-Film 13 zu definieren (2(d)).
  • Hierin werden vorzugsweise Wasserstoffionen (H+) und/oder Wasserstoffmolekülionen (H2 +) als das implantierende Ion verwendet.
  • Die Implantationsenergie, die die Tiefe der Ionenimplantation (d.h. die Dicke der Trennschicht oder des GaN-Dünnfilms 13a) bestimmt, beträgt vorzugsweise 100 bis 160 keV. Wenn die Implantationsenergie gleich oder größer als 100 keV ist, kann die Dicke des GaN-Dünnfilms 13a 500 nm oder mehr betragen. Wenn die Implantationsenergie 160 keV übersteigt, machen sich Implantationsschäden bemerkbar, mit dem Risiko, dass die Kristallinität des abgetrennten Dünnfilms verschlechtert wird.
  • Auch die Dosis beträgt vorzugsweise 1,0× 1017 bis 3,5× 1017 Atome/cm2. In diesem Dosisbereich kann ein ionenimplantierter Bereich 13, der zu einer Trennschicht (versprödete Schicht) wird, in der GaN-Schicht 13 gebildet werden, und ein Temperaturanstieg des GaN-Schichtträgers wird verhindert. Insbesondere ist die Ionenimplantationstemperatur Raumtemperatur. Es ist akzeptabel, dass der GaN-Filmträger gekühlt wird, da der GaN-Filmträger bei hohen Temperaturen gebrochen werden kann.
  • Die Ionenimplantationsbehandlung kann auf den GaN-Filmträger angewendet werden, auf dem der GaN-Film 13, wie er im vorherigen Schritt 2-3 gebildet wurde, liegt. Wenn die Oberfläche des GaN-Films 13, so wie er gebildet wurde, rau ist, wird die Tiefe der Ionenimplantation in Übereinstimmung mit der Oberflächenrauhigkeit oder -unregelmäßigkeit unregelmäßig, und die Trennfläche (Vorderfläche) des GaN-Dünnfilms 13a nach der Trennung wird merklich rau oder unregelmäßig.
  • Es wird dann empfohlen, dass die Oberfläche des GaN-Filmträgers, der der Ionenimplantation unterzogen wird, vor der Ionenimplantation auf eine arithmetische Durchschnittsrauheit von vorzugsweise 0,3 nm oder weniger, mehr bevorzugt 0,2 nm oder weniger geglättet wird.
  • Zum Beispiel kann die Oberfläche des in Schritt 2-3 gebildeten GaN-Films 13 durch Polieren, typischerweise CMP und/oder Ätzen, auf eine arithmetische Durchschnittsrauheit Ra von vorzugsweise 0,3 nm oder weniger, mehr bevorzugt 0,2 nm oder weniger geglättet werden.
  • Alternativ kann in der Ausführungsform, in der der Siliziumoxidfilm als Bindungsschicht auf dem GaN-Film 13 gebildet wird (d.h. der GaN-Film 13, wie er abgeschieden oder wie er durch Polieren und/oder Ätzen geglättet wurde), die Oberfläche des Siliziumoxidfilms durch Polieren, typischerweise CMP und/oder Ätzen, auf eine arithmetische mittlere Rauhigkeit Ra von vorzugsweise 0,3 nm oder weniger geglättet werden. Dies ist effektiv, wenn die GaN-Schicht 13 so dünn ist, dass eine Glättung durch Polieren schwierig ist.
  • Da nun die Oberfläche des GaN-Filmträgers, der der Ionenimplantation unterzogen wird (d.h. die Oberfläche des GaN-Films 13 oder des Siliziumoxidfilms als Bindungsschicht), wie oben beschrieben geglättet ist, wird die Ionenimplantationstiefe der anschließenden Ionenimplantationsbehandlung konstant, und daher erhält man nach dem Anbringen auf dem Trägersubstrat 12 und der anschließenden Abtrennung eine abgetrennte/übertragene Schicht (GaN-Dünnfilm 13a) mit einer glatten Oberfläche (reduzierte Oberflächenrauheit).
  • (Schritt 2-5: Anbringen und Verbinden des GaN-Filmträgers mit dem Trägersubstrat 12)
  • Als nächstes wird die Oberfläche des GaN-Films 13 auf dem ionenimplantierten GaN-Filmträger am Trägersubstrat 12 befestigt und gebondet (2(e)).
  • In der Ausführungsform, bei der der GaN-Filmträger ohne die darauf gebildete Bindungsschicht (Siliziumoxidfilm) an dem Trägersubstrat 12 befestigt ist, wird die Oberfläche (N-Oberfläche) des GaN-Films 13 des GaN-Filmträgers an die Oberfläche des Trägersubstrats 12 gebunden. Das heißt, es wird eine Laminatstruktur aus GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat 11 (Handhabungssubstrat 2/Dünnfilm 1a/C-Fläche-Saphir-Dünnfilm 1t)/oberflächenbehandelte Schicht 11a/(GaN-Pufferschicht)/GaN-Film 13 (N-Oberfläche)/Trägersubstrat 12 erhalten.
  • In der Ausführungsform, bei der der GaN-Filmträger mit der auf einer beliebigen Oberfläche desselben gebildeten Bindungsschicht (Siliziumoxidfilm) an dem Trägersubstrat 12 befestigt ist, ist die Oberfläche (N-Oberfläche) des GaN-Films 13 des GaN-Filmträgers über die dazwischenliegende Bindungsschicht (Siliziumoxidfilm) mit der Oberfläche des Trägersubstrats 12 verbunden. Das heißt, man erhält eine Laminatstruktur aus GaN-Epitaxie-Wachstums-Substrat 11 (Handhabungssubstrat 2/Dünnfilm la/Dünnfilm 1t aus Saphir)/oberflächenbehandelte Schicht 11a/(GaN-Pufferschicht)/GaN-Film 13 (N-Oberfläche)/Bindungsschicht (Siliziumoxidfilm)/Trägersubstrat 12.
  • Vor dem Anbringen werden vorzugsweise entweder die ionenimplantierte Oberfläche des GaN-Filmträgers oder die Bondoberfläche des Trägersubstrats 12 oder beide einer Oberflächenaktivierungsbehandlung unterzogen, typischerweise einer Plasmabehandlung.
  • Die Oberflächenaktivierungsbehandlung kann beispielsweise durchgeführt werden, indem der GaN-Filmträger und/oder das Trägersubstrat 12, die der Oberflächenaktivierungsbehandlung unterzogen werden, in eine herkömmliche Plasmakammer des Parallelplattentyps gesetzt werden, eine Hochfrequenzenergie von etwa 13,56 MHz und etwa 100 W angelegt wird und Ar, N2, O2 oder dergleichen als Prozessgas zugeführt wird. Die Behandlungszeit kann 5 bis 30 Sekunden betragen. Durch diese Behandlung wird die Oberfläche des betreffenden Substrats/der betreffenden Substrate aktiviert, wodurch die Haftfestigkeit nach der Befestigung erhöht wird.
  • Zusätzlich wird eine festere Verbindung durch Ausglühen bei ca. 200 bis 300°C für ca. 5 bis 24 Stunden nach dem Anbringen gebildet.
  • (Schritt 2-6: Trennen und Übertragen des GaN-Dünnfilms)
  • Als nächstes wird ein GaN-Dünnfilm 13a entlang des ionenimplantierten Bereichs 13ion in der GaN-Schicht 13 abgetrennt und auf das Trägersubstrat 12 übertragen (2(f)).
  • Die Trennbehandlung kann jede der Behandlungen sein, die üblicherweise bei dem Ionenimplantations-Trennverfahren eingesetzt werden, z.B. mechanische Trennung, wie z.B. das Einsetzen einer Klinge, optische Trennung, wie z.B. Laserstrahlbestrahlung, und physikalische Stoßtrennung, wie z.B. Wasserstrahl oder Ultraschall.
  • Auf diese Weise erhält man ein GaN-Laminatsubstrat 10 mit einem GaN-Dünnfilm 13a auf dem Trägersubstrat 12, wobei der GaN-Dünnfilm 13a eine vordere Oberfläche, die eine Ga-Polaritätsoberfläche ist, eine gute Kristallinität und eine glatte Oberfläche aufweist.
  • Insbesondere, obwohl die Oberfläche des GaN-Dünnfilms 13a nach der Abtrennung und Übertragung ausreichend glatt ist, kann die Oberfläche durch Polieren oder ähnliches weiter geglättet werden, abhängig von den erforderlichen Eigenschaften der Vorrichtungen, die aus dem GaN-Laminatsubstrat 10 hergestellt werden. Auch kann ein im Wesentlichen defektfreies GaN-Dickschichtsubstrat durch weiteres epitaktisches Wachstum eines GaN-Films auf dem GaN-Laminatsubstrat 10 hergestellt werden.
  • In Bezug auf das Verfahren zur Bestimmung der Polarität der Oberfläche des GaN-Dünnfilms 13a des GaN-Laminatsubstrats 10 kann die Polarität beispielsweise anhand eines Unterschieds der Ätzrate in einer wässrigen KOH-Lösung beurteilt werden. Insbesondere zeigt die N-Oberfläche eine größere Ätzrate als die Ga-Oberfläche. Wenn die Folie z.B. in eine wässrige 2 mol/L KOH-Lösung bei 40 °C für 45 Minuten eingetaucht wird, wird die Ga-Oberfläche nicht geätzt und die N-Oberfläche wird geätzt.
  • BEISPIELE
  • Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung werden im Folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele angeführt, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist.
  • [Beispiel 1]
  • Ein GaN-Laminatsubstrat wurde unter den folgenden Bedingungen hergestellt.
  • (Beispiel 1-1)
  • Es wurden ein Handhabungssubstrat in Form eines AIN-Sinterkörpers (Keramik) mit einem Durchmesser von 12 Zoll, einer Dicke von 750 µm und einem WAK von 5,2× ×10-6/K (800K) und ein C-Fläche-Saphir-Substrat mit einem Durchmesser von 12 Zoll, einer Dicke von 750 µm, einer arithmetischen mittleren Rauhigkeit Ra von 0,3 nm, einem WAK von 8,0× 10-6/K (800K) und einem c-Achsen-Off-Winkel von 1,5° bereitgestellt. Der Unterschied im WAK des Handhabungssubstrats zu GaN (WAK 6,0× ×10-6/K (800K)) beträgt -0,8× 10-6/K.
  • Ein 150 nm dicker SiO2-Dünnfilm wurde durch Sputtern auf der Oberfläche des C-Fläche-Saphir-Substrats gebildet. Dann wurden Wasserstoffmolekül-Ionen H2 + in die Oberfläche des SiO2-Dünnfilms unter folgenden Bedingungen implantiert: eine Implantationsenergie von 150 keV und eine Dosis von 2× 1017 Atomen/cm2.
  • Anschließend wurden die ionenimplantierte Oberfläche (SiO2-Dünnfilm-tragende Oberfläche) des C-Fläche-Saphir-Substrats und die Oberfläche des Handhabungssubstrats einer Ar-Plasmabehandlung unterzogen. Die mit Ar-Plasma behandelten Oberflächen der Substrate wurden miteinander verbunden und gebondet, woraufhin das C-Fläche-Saphir-Substrat mechanisch entlang des ionenimplantierten Bereichs von der gebondeten Struktur getrennt oder gespalten wurde. Auf diese Weise wurde ein C-Fläche-Saphir-Dünnfilm auf das Handhabungssubstrat übertragen, wodurch ein GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat entstand. Dieses GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat wies eine Verformung von 100 µm auf.
  • Das Substrat wurde mit dem RCA-Clean gereinigt. In einer MOCVD-Anlage wurde eine Hochtemperatur-Nitrierbehandlung (reiner Stickstoff als Prozessgas) bei einer Substrattemperatur von 900°C für 30 Minuten durchgeführt. Anschließend wurde bei einer Substrattemperatur von 400°C eine GaN-Pufferschicht mit einer Dicke von 20 nm abgeschieden und bei einer Substrattemperatur von 1050 °C durch epitaktisches Wachstum mit TMG und NH3 als Prozessgas ein GaN-Film mit einer Dicke von 10 µm gebildet. Die GaN-Schicht hatte eine arithmetische mittlere Rauheit Ra von 8 nm.
  • Als nächstes wurde eine 2 µm dicke Siliziumoxidschicht als Bondschicht auf der GaN-Schicht durch das plasmaunterstützte CVD-Verfahren abgeschieden. Mit einer CMP-Apparatur wurde die Siliziumoxidschicht auf 300 nm poliert. Der resultierende GaN-Filmträger hatte eine arithmetische mittlere Rauheit Ra von 0,3 nm.
  • Dann wurden Wasserstoffmolekül-Ionen H2+ in die Oberfläche des Siliziumoxidfilms des GaN-Filmträgers unter folgenden Bedingungen implantiert: eine Implantationsenergie von 160 keV und eine Dosis von 3,1×1017 Atomen/cm2.
  • Als nächstes wurde ein Si-Substrat mit einem Durchmesser von 12 Zoll und einer Dicke von 750 µm als Trägersubstrat eingerichtet. Auf dem Si-Substrat wurde ein thermischer Oxidfilm mit einer Dicke von 300 nm gebildet. Das Si-Substrat mit der darauf gebildeten thermischen Oxidschicht hatte eine arithmetische mittlere Rauhigkeit Ra von 0,5 nm.
  • Die Oberfläche der thermischen Oxidschicht auf dem Si-Substrat und die (ionenimplantierte) Oberfläche der Siliziumoxidschicht auf dem GaN-Schichtträger wurden einer Ar-Plasmabehandlung unterzogen. Dann wurden die plasmabehandelten Oberflächen miteinander verbunden und anschließend 12 Stunden lang in einer Stickstoffatmosphäre bei 200 °C gehärtet. Nach dem Aushärten erfolgte die Abtrennung durch Einführen einer Metallklinge in den ionenimplantierten Bereich des GaN-Films, wodurch ein GaN-Dünnfilm auf das Si-Substrat übertragen wurde, was ein GaN-Laminatsubstrat ergab.
  • Das resultierende GaN-Laminatsubstrat hatte eine arithmetische durchschnittliche Rauheit Ra von 10 nm auf der GaN-Dünnfilmoberfläche. Der GaN-Dünnfilm des GaN-Laminatsubstrats wurde mit dem Röntgen-Rocking-Curve-Verfahren auf ihre Kristallinität untersucht. Konkret wurde durch Röntgendiffraktometrie eine Neigungsverteilung (volle Breite des halben Maximums (FWHM)) einer Rocking-Kurve (ω Scan), wie sie an der GaN (0002)-Ebene des GaN-Dünnfilms reflektiert wird, mit 310 arcsec bestimmt, was auf eine gute Kristallinität hinweist.
  • Auch zur Bestimmung der Polarität der GaN-Dünnfilmoberfläche wurde eine Probe in 2 mol/L KOH wässrige Lösung bei 40°C für 45 Minuten eingetaucht, woraufhin die Oberfläche beobachtet wurde. Die GaN-Dünnfilmoberfläche wurde nicht geätzt, was beweist, dass die GaN-Dünnfilmoberfläche eine Ga-Oberfläche ist.
  • (Beispiel 1-2)
  • Ein GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat wurde wie in Beispiel 1-1 hergestellt, mit dem Unterschied, dass das Handhabungssubstrat aus Borosilikatglas (CTE 6,8×10-6/K (800K)) bestand und das C-Fläche-Saphir-Substrat einen Off-Winkel von 3° hatte (arithmetische durchschnittliche Rauheit Ra 0,3 nm). Dieses GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat wies eine Verformung von 150 µm auf.
  • Dann wurde ein 5 µm dicker GaN-Film auf dem GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat durch epitaktisches Wachstum gebildet. Die Oberfläche des GaN-Films (arithmetische mittlere Rauheit Ra 6 nm) wurde CMP-poliert auf eine arithmetische mittlere Rauheit Ra von 0,2 nm. Der GaN-Film wurde direkt (ohne Bildung der Bondschicht) auf ein Trägersubstrat aus Quarz (Quarzsubstrat) übertragen. Ansonsten wurde wie in Beispiel 1-1 ein GaN-Laminatsubstrat erhalten.
  • Das resultierende GaN-Laminatsubstrat hatte eine arithmetische mittlere Rauheit Ra von 0,3 nm auf der GaN-Dünnfilmoberfläche. Wie in Beispiel 1-1 wurde der GaN-Dünnfilm des GaN-Laminatsubstrats mit dem Röntgen-Rocking-Curve-Verfahren auf ihre Kristallinität hin untersucht, wobei ein FWHM-Wert von 280 arcsec ermittelt wurde, was auf eine mit Beispiel 1-1 vergleichbare Kristallinität hinweist.
  • Außerdem wurde die GaN-Dünnfilmoberfläche wie in Beispiel 1-1 auf ihre Polarität untersucht, was die Ga-Oberfläche bestätigte.
  • (Vergleichsbeispiel 1-1)
  • Ein GaN-Laminatsubstrat wurde wie in Beispiel 1-1 erhalten, mit der Ausnahme, dass in Beispiel 1-1 ein C-Fläche-Saphir-Substrat mit einem c-Achsen-Off-Winkel von 0,05° (arithmetische durchschnittliche Rauheit Ra 0,3 nm) verwendet wurde. Nach der GaN-Schichtbildung hatte die GaN-Schicht eine arithmetische mittlere Rauheit Ra von 135 nm. Nach CMP der Siliziumoxidschicht hatte der GaN-Schichtträger eine arithmetische mittlere Rauheit Ra von 0,2 nm.
  • Das resultierende GaN-Laminat-Substrat hatte eine arithmetische mittlere Rauheit Ra von 150 nm auf der GaN-Dünnfilmoberfläche, was auf eine geringe Glätte hinweist. Wie in Beispiel 1-1 wurde der GaN-Dünnfilm des GaN-Laminatsubstrats mit dem Röntgen-Rocking-Curve-Verfahren auf ihre Kristallinität hin untersucht, wobei ein FWHM-Wert von 850 Bogensekunden ermittelt wurde, was auf eine verminderte Kristallinität hinweist.
  • Außerdem wurde die GaN-Dünnfilmoberfläche wie in Beispiel 1-1 auf ihre Polarität untersucht, was die Ga-Oberfläche bestätigte.
  • (Vergleichsbeispiel 1-2)
  • Ein GaN-Laminatsubstrat wurde wie in Beispiel 1-1 erhalten, mit der Ausnahme, dass in Beispiel 1-1 ein C-Fläche-Saphir-Substrat mit einem c-Achsen-Off-Winkel von 6° (arithmetisches Mittel der Rauhigkeit Ra 0,3 nm) verwendet wurde. Nach der GaN-Schichtbildung hatte die GaN-Schicht eine arithmetische mittlere Rauheit Ra von 80 nm. Nach CMP der Siliziumoxidschicht hatte der GaN-Schichtträger eine arithmetische mittlere Rauheit Ra von 0,3 nm.
  • Das resultierende GaN-Laminat-Substrat hatte eine arithmetische mittlere Rauheit Ra von 120 nm auf der GaN-Dünnfilmoberfläche. Wie in Beispiel 1-1 wurde der GaN-Dünnfilm des GaN-Laminatsubstrats mit dem Röntgen-Rocking-Curve-Verfahren auf ihre Kristallinität hin untersucht, wobei ein FWHM-Wert von 960 arcsec ermittelt wurde, was auf eine verminderte Kristallinität hinweist.
  • Außerdem wurde die GaN-Dünnfilmoberfläche wie in Beispiel 1-1 auf ihre Polarität untersucht, was die Ga-Oberfläche bestätigte.
  • (Vergleichsbeispiel 1-3)
  • Das C-Fläche-Saphir-Substrat aus Beispiel 1-1 wurde als GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat verwendet, und ein GaN-Film wurde auf diesem GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat wie in Beispiel 1-1 gebildet. Wegen einer signifikant großen Verformung von ~3 mm konnte das Substrat mit dem darauf gebildeten GaN-Film nicht auf dem Trägersubstrat befestigt werden. Die anschließenden Schritte wurden abgebrochen.
  • Die vorgenannten Ergebnisse sind in Tabelle 1 tabellarisch dargestellt. Es wird gezeigt, dass erfindungsgemäß ein GaN-Laminatsubstrat mit verbesserter Glätte und Kristallinität selbst aus einem Substrat mit einem Durchmesser von bis zu 12 Zoll erhalten wird. Es wird darauf hingewiesen, dass die Oberflächenrauhigkeit Ra in Tabelle 1 ein arithmetisches Mittel der Rauheit Ra ist.
    Figure DE112019003987T5_0001
  • Es wird darauf hingewiesen, dass, obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Andere Ausführungsformen, Modifikationen, Änderungen und Streichungen können vorgenommen werden, solange sie dem Fachmann einfallen. Alle derartigen Ausführungsformen fallen in den Anwendungsbereich der Erfindung, solange die Funktionen und Vorteile der Erfindung ausgeübt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 1'
    C-Fläche-Saphir-Substrat
    1a
    Dünnfilm
    1ion, 13ion
    ionenimplantierter Bereich
    1t
    C-Fläche-Saphir-Dünnfilm
    2
    Handhabungssubstrat
    10
    GaN-Laminat-Substrat
    11
    GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat
    11a
    oberflächenbehandelte Schicht
    12
    Trägersubstrat
    13
    GaN-Schicht
    13a
    GaN-Dünnfilm
  • 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 2016511934 A [0012, 0013]

Claims (13)

  1. Verfahren zur Herstellung eines GaN-Laminatsubstrats, das die folgenden Schritte umfasst: Übertragen eines C-Fläche-Saphir-Dünnfilms, der von einem C-Fläche-Saphir-Substrat mit einem Off-Winkel von 0,5 bis 5° durch die Ionen-Implantations-Trenntechnik abgetrennt wird, auf ein Handhabungssubstrat, das aus einem Glas-, Keramik- oder Einkristallmaterial mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten bei 800K besteht, der größer als der von Silizium und kleiner als der von C-Fläche-Saphir ist, um ein GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat zu konstruieren; Durchführen einer Hochtemperatur-Nitrierbehandlung auf dem GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat bei 800 bis 1.000°C und/oder einer Abscheidungsbehandlung von kristallinem AlN auf dem C-Fläche-Saphir-Dünnfilm des GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrats, um dadurch die Oberfläche des C-Fläche-Saphir-Dünnfilms mit einer oberflächenbehandelten Schicht aus AlN zu bedecken; Bewirken eines GaN-Epitaxie-Wachstums auf der oberflächenbehandelten Schicht des oberflächenbehandelten GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrats, um einen GaN-Filmträger mit einer vorderen Oberfläche, die eine N-Polaritätsoberfläche ist, zu konstruieren; Unterziehen des GaN-Films einer Ionenimplantation, um einen ionenimplantierten Bereich zu bilden; Anbringen und Verbinden der GaN-Schicht-seitigen Oberfläche des ionenimplantierten GaN-Filmträgers und eines Trägersubstrats; und Trennen eines GaN-Dünnfilms von dem GaN-Film entlang des ionenimplantierten Bereichs und Übertragen des GaN-Dünnfilms auf das Trägersubstrat, wodurch ein GaN-Laminatsubstrat mit dem GaN-Dünnfilm auf dem Trägersubstrat erhalten wird, wobei der GaN-Dünnfilm eine Vorderfläche aufweist, die eine Ga-Polaritätsfläche ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Handhabungssubstrat aus einem Borsilikatglas, GaN-Sinterkörper, AlN-Sinterkörper oder GaAs-Einkristall besteht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem Schritt des Übertragens eines C-Fläche-Saphir-Dünnfilms auf ein Handhabungssubstrat ein Dünnfilm aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Siliziumoxynitrid zwischen dem Handhabungssubstrat und dem C-Fläche-Saphir-Dünnfilm angeordnet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das GaN-Epitaxie-Wachstumssubstrat eine Verformung von bis zu 300 µm aufweist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schritt des Bewirkens des GaN-Epitaxie-Wachstums bei einer Temperatur von mehr als 1.000°C bis 1.200°C erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Schritt des Bewirkens des GaN-Epitaxie-Wachstums durch die MOCVD-Technik erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei nach der Oberflächenbehandlung des C-Fläche-Saphir-Substrats eine GaN-Pufferschicht auf der oberflächenbehandelten Schicht bei 700°C oder weniger gebildet wird und das GaN-Epitaxie-Wachstum dann auf der GaN-Pufferschicht bewirkt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die GaN-Pufferschicht eine Dicke von 20 bis 40 nm aufweist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei nach der Bildung des GaN-Films durch epitaktisches Wachstum ein Siliziumoxidfilm auf dem GaN-Film gebildet wird, um den GaN-Filmträger zu konstruieren.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei vor der Ionenimplantation die Oberfläche des GaN-Filmträgers, der der Ionenimplantation unterzogen wird, auf eine arithmetische mittlere Rauhigkeit Ra von 0,3 nm oder weniger geglättet wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Ionenimplantation auf den GaN-Film eine Behandlung unter Verwendung von Wasserstoffionen (H+) und/oder Wasserstoffmolekül-Ionen (H2 +) mit einer Implantationsenergie von 100 bis 160 keV und einer Dosis von 1,0×1017bis 3,5× 1017 Atomen/cm2 ist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Trägersubstrat aus Si, Al2O3, SiC, AlN oder SiO2 hergestellt ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Trägersubstrat einen Siliziumoxidfilm aufweist, der auf seiner Oberfläche gebildet ist, um mit dem GaN-Filmträger verbunden zu werden, mit Ausnahme des Trägersubstrats, das aus SiO2 hergestellt ist.
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