DE212020000802U1 - Epitaxiesubstrat mit 2D-Material-Zwischenschicht und dessen Herstellungsverfahren und Herstellung von Bauelementen - Google Patents

Epitaxiesubstrat mit 2D-Material-Zwischenschicht und dessen Herstellungsverfahren und Herstellung von Bauelementen Download PDF

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Abstract

Epitaxiesubstrat mit einer 2D-Material-Zwischenschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die ultradünne 2D-Material-Zwischenschicht mittels Van-der-Waals-Epitaxie auf der Oberfläche eines polykristallinen Substrats aufgewachsen wird, die Oberflächengitterkonstante und der Basis-Wärmeausdehnungskoeffizient der ultradünnen 2D-Material-Zwischenschicht in hohem Maße an AlGaN oder GaN angepasst sind, die ultradünne 2D-Material-Zwischenschicht eine Einzelschichtstruktur oder eine Verbundschichtstruktur aufweist und eine AlGaN- oder einkristalline GaN-Epitaxieschicht mittels Van-der-Waals-Epitaxie auf der ultradünnen 2D-Material-Zwischenschicht aufgewachsen wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Epitaxiesubstrat mit einer 2D-Material-Zwischenschicht sowie dessen Herstellungsverfahren und Herstellung von Bauelementen, die für AlGaN-Bauelemente mit breiter Bandlücke und GaN-basierte Laserdioden geeignet sind.
  • Technologischer Hintergrund
  • Während der Herstellung von Bauelementen der Leuchtdioden oder Laserdioden (LD, Laserdiode) hat Epitaxie einen wichtigen Einfluss auf die Qualität von Produkten. Dabei umfassen die Auswirkungen auf die Qualität sogar die Lichtausbeute und die Lebensdauer. Der Grund dafür ist, dass gegenseitige Übereinstimmung zwischen Elektronen und Löchern bei lichtemittierenden Dioden zur Erzeugung von reibungslosen Photonen insbesondere benötigt wird, wenn der Kristall als Bestandteil angeregt ist. Im Gegensatz dazu, wenn Defekte in Materialstruktur oder Aufbau auftreten, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass der Prozess der gegenseitigen Kombination von Elektronen und Löchern durch die Defekte behindert wird, was zu einer Verschlechterung der Leuchtauswirkung führt. Das hauptsächliche Leuchtmaterial von Leuchtdioden ist Galliumnitrid (GaN), das üblicherweise durch ein Epitaxieverfahren auf einem Substrat aufgewachsen wird. Die Kristallstruktur und der Aufbau von hergestelltem Galliumnitrid werden vorwiegend durch das verwendete Substrat beeinflusst. Um die Lichtausbeute, Haltbarkeit und andere Eigenschaften in Bezug auf die Qualität der Leuchtdiode zu verbessern, werden im technischen Gebiet üblicherweise mehrere Bedingungen bei Auswahl eines geeigneten Substratmaterials berücksichtigt. Im Allgemeinen wird es vom Substratmaterial erwartet, die Defektdichte von einkristallinen Materialien möglichst zu vermindern und die Kristallstruktur, die Gitterkonstante (lattice constant), den Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE, coeffizient of thermal expansion) am Epitaxiematerial anzupassen, so dass Einfluss auf die Kristallqualität von Leuchtdioden während Epitaxieprozessen möglichst vermieden wird.
  • Gemäß dem Stand der Technik ist das am häufigsten verwendete Substratmaterial Einkristall-Saphir (Saphir), hauptsächlich unter Berücksichtigung seiner Vorteile wie gute chemische Stabilität und ausgereifte Herstellungstechnologie. Aufgrund der Erhöhung der Produktionskapazität in den letzten Jahren entspricht das Saphirsubstrat im Vergleich mit anderen Alternativen wie z. B. Substrate aus Stickstoffaluminium (AIN) und sogar Galliumnitrid (GaN) eher den wirtschaftlichen Anforderungen. Aufgrund der unvollkommenen Anpassung von Kristallstruktur, Gitterkonstante (lattice constant) und Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE, coeffizient of thermal expansion) der Saphire am Epitaxiematerial, was zu einer relativ hohen Defektdichte der GaN- oder AlGaN-Epitaxieschicht führt, wird die Verwendung in Laserdioden (LD, Laserdiode) und die Leistungsverbesserung von UV-Leuchtdioden (UV-LED) beeinflusst werden; dabei hat die UVC-LED-Lichtwellenlänge, die zum tiefen Ultraviolett-Bereich gehört, die größte Desinfektions- und Sterilisationswirkung und wird die derzeitigen Quecksilberlampen mit großem Energieverbrauch und niedrigem Wirkungsgrad und schädlicher Umweltauswirkung effektiv ersetzen. Daneben besitzt sie auch ein großes Potenzial für die Verwendung im Lebensunterhalt der Menschen und für tägliche Desinfektion und Sterilisation. Die derzeitige Technologie der Massenproduktion von Aluminiumnitrid-Substrat, das am besten für UV-LED geeignet ist, hat jedoch Engpässe, und die Entwicklung von UVC-LED konzentriert sich immer noch auf die Fehlanpassung von Saphirsubstrat, was zu großen Hindernissen für die Verbesserung der Leistungsfähigkeit führt.
  • Die Schmelzpunkte von Aluminiumnitrid und Galliumnitrid liegen beide über 2.500 Grad Celsius, und es gibt ein Problem mit hohem Dampfdruck. Mit anderen Worten, wenn Einkristallsubstrate aus den beiden Materialien durch direktes Schmelzen und Kristallwachstum hergestellt werden sollen, werden nicht nur die Kosten höher, sondern auch relativ mehr Abwärme erzeugt, was zu einer unvermeidbaren Umweltverschmutzung führt. Bei Kristallwachstum im Gasphasenverfahren wird derzeit die Hydridgasphasenepitaxie (Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE) für Galliumnitrid-Wachstum verwendet, um einkristalline GaN-Substrate herzustellen. Aufgrund Beschränkungen der Produktionskosten und Ausbeutebedingungen erreicht die Massenproduktion mit der derzeitigen Technologie ein 4 Zoll-Substrat, und die Kosten sind extrem hoch. Tatsächlich ist die Defektdichte des oben erwähnten Gasphasenverfahrens immer noch höher als das anderer Flüssigphasen-Kristallwachstumsverfahren, aber aufgrund Begrenzung von der langsamen Kristallwachstumsrate der restlichen Verfahren und der höheren Massenproduktionskosten und in Bezug auf Marktnachfrage, Bauelement-Leistungsfähigkeit, Kosten und Versorgung von Substraten ist das Vermarktungs-Mainstream nach wie vor noch auf das HVPE-Verfahren beschränkt. Die Literatur weist darauf hin, dass es immer noch möglich ist, die Wachstumsrate von GaN durch das Gasphasenverfahren um ein Vielfaches zu erhöhen und eine gute Kristallinität beizubehalten. Aber aufgrund Verschlechterung der Defektdichte wird es jedoch derzeit nicht als eine Richtung eingesetzt, Kosten von GaN-Substraten zu reduzieren. Was die Aluminiumnitrid-Kristallwachstumstechnologie betrifft, so wird das physikalische Dampftransportverfahren (Physical Vapor Transport, PVT) verwendet, um Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat herzustellen. Aufgrund der Beschränkungen von Produktionstechnologie und Ausbeute eines der Gasphasenverfahren haben nur zwei Hersteller auf der Welt Massenproduktionskapazitäten. Die aktuelle Massenproduktionstechnologie erreicht nur 2 Zoll-Substrate, die Kosten sind extrem hoch und die Produktionskapazität ist vollständig im Besitz von wenigen Herstellern und kann für den Markt nicht ausreichen. Aufgrund der chemischen Eigenschaften von Aluminiumnitrid und der Einschränkungen der Hardware und Bauteile vom physikalischen Dampftransportverfahren ist ein gewisses Maß an Kohlenstoff (C)- und Sauerstoff (O)-Verunreinigungen im Einkristallprodukt unvermeidlich, was sich bis zu einem gewissen Maß auch auf Eigenschaften von Bauelementen auswirkt. Tabelle 1
    Materialien Kristallstruktur Gitterkonstante Wärmeausdehnungskoeffizient
    a c X 10-6 x K-1
    Galliumnitrid GaN Wurtzit 0,31885 0,5185 αa 5,59
    αc 3,17
    Aluminiumnitrid AIN Wurtzit 0,31106 0,49795 αa 4,15
    αc 5,27
    Zinkoxid ZnO Wurtzit 0,32496 0,52065 αa 4,31
    αc 2,49
    Siliziumkarbid SiC 6H Wurtzit 0,30806 1,51173 αa 4,3
    αc 4,7
    Saphir Rhomboeder 0,4765 1,2982 αa 6,66
    αc 5
    Silizium Si Diamant 0,5431 2,6
  • Zinkoxid (ZnO)-Einkristallmaterial ist im Hinblick auf die Kristallstruktur, die thermischen Eigenschaften und die Gitterkonstante eine geeignetere Auswahl von Substratmaterial als in vorherigen Materialen, deshalb hat es Technologieentwickler angezogen, in die Forschung zu investieren. Zinkoxid ist jedoch heute im technischen Bereich nicht weit verbreitet. Die Hauptgründe umfassen die hohe chemische Aktivität von Zinkoxid, das während des nachfolgenden Epitaxieprozesses leicht durch wasserstoffhaltige Substanzen angegriffen wird, was zu einer schlechten Qualität der Epitaxieschicht führt. Wie in 1 gezeigt, korrodiert Wasserstoff während des Epitaxieprozesses das ZinkoxidSubstrat, und gleichzeitig diffundiert Zink schnell in die Epitaxieschicht, was zu einer schlechten Qualität der Epitaxie führt. Bei Modifikation des Prozesses zur Verbesserung der Qualität der Epitaxie kommt es immer noch zu einer Diffusion von Zink und Sauerstoff und einer Dotierung in den Kristallkörnern der Leuchtdiode, was dazu führt, dass Lichtemission-Eigenschaften nicht den Erwartungen entsprechen, so dass diese Struktur die tatsächliche Marktnachfrage nicht erfüllen kann.
  • Die gleiche Fall kann auch bei anderen gegenwärtig verwendeten Substrat-Epitaxie-Kombinationen in optoelektronischer Bauelement-Substrat-Epitaxie vorliegen, wie z. B. Siliziumkarbid (SiC) oder Galliumarsenid (GaAs) usw. Darunter sind einkristalline Siliziumkarbid-Substrate derzeit die Substratmaterialien für hochleistungsfähige Leistungshalbleiter und High-End-Leuchtdioden. Das Einkristallwachstumsverfahren ist ein physikalisches Dampftransportverfahren (PVT) im Gasphasenverfahren. Die Wachstumstechnologie von hochwertigen und großformatigen Siliziumkarbid-Einkristallen ist schwierig, und die High-End-Massenproduktionstechnologie wird von weniger Herstellern beherrscht. Es gibt noch viele Räume für Verbesserungen in Bezug auf die Kosten der betroffenen Anwendungen.
  • Zweidimensionale Materialien (two-dimensional (2D) materials) gehören zu einem sich schnell entwickelnden und neu entstehenden Gebiet. Das erste und bekannteste Material in der 2D-Materialfamilie, das eine große Menge an F&E-Investitionen angezogen hat, ist Graphen, dessen zweidimensionale Schichtstruktur spezielle oder hervorragende physikalische / chemische / mechanische / optoelektronische Eigenschaften zeigt. Es gibt keine starke Bindung zwischen den Schichten, die sich nur durch Van-der-Waals-Kräfte verbinden. Das bedeutet auch, dass es keine freien Bindungen (dangling bond) auf der Oberfläche der Schichtstruktur gibt. Es ist derzeit schon bestätigt, dass Graphen eine breite und hervorragende Anwendungsmöglichkeit hat. Forschungs- und Entwicklungsarbeiten über Graphen werden im Allgemeinen auf der ganzen Welt durchgeführt und treiben auch viel Forschung und Entwicklung von 2D-Materialien voran, umfassend hexagonales Bornitrid hBN (hexagonal Boron Nitride), Übergangsmetall-Dichalkogenide TMD (transition metal dichalcogenides) und schwarzen Phosphor, die auch unter den 2D-Materialfamilien sind und worüber mehr Forschungs- und Entwicklungsergebnisse erzielt sind. Wie in den 2 und 3 gezeigt, haben die oben genannten Materialien jeweils ihre eigenen spezifischen Materialeigenschaften und Anwendungspotenziale, und die Entwicklung verwandter Technologien zur Herstellung der Materialien wird auch weiterhin aktiv vorangetrieben. Neben den hervorragenden optoelektronischen Eigenschaften weisen Graphen, hBN und MoS2, das eines der TMD-Materialien ist, zusätzlich hervorragende Diffusionssperreigenschaften sowie Hochtemperaturstabilität in unterschiedlichem Maße auf. Insbesondere hat hBN eine hervorragende chemische Trägheit (Inertness) und Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit.
  • Aufgrund der Beschaffenheit der oben erwähnten Schichtstruktur und der Verbindung zwischen Schichten mittels Van-der-Waals-Kräften wird die technische Machbarkeit, dass die geschichteten gestapelten Heterostrukturen (Hetero-structures) aus zwei oder mehr Materialien in der 2D-Materialfamilie hergestellt werden, erheblich erweitert. Neben der Kombination von unterschiedlichen Eigenschaften wird bei Heterostrukturen die Schaffung neuer Anwendungseigenschaften oder die Herstellung von neuen Bauelementen ermöglicht. Derzeit ist die Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet von Optoelektronik und Halbleitern sehr aktiv. In 4a und 4b sind schematische Diagramme von mechanisch gebildeten gestapelten Schichten dargestellt, und 5a und 5b zeigen schematische Diagramme von physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung.
  • Die Eigenschaften der Van-der-Waals-Kraft-Bindung von 2D-Materialien haben auch Aufmerksamkeit für die Verwendung von epitaxialen Substraten auf herkömmlichen 3D-Materialien erregt. Der Schwerpunkt liegt darauf, das die Kristallstruktur, die Gitterkonstante (lattice constant) und der thermische Ausdehnungskoeffizient (CTE, coefficient of thermal expansion) von epitaxialen Materialien in der Epitaxietechnologie sehr gut an das Substratmaterial anzupassen sind. Aber es ist in der Realität häufig der Fall, dass es wie dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung an geeigneten Substratmaterialien mangelt oder das ideale Substratmaterial teuer oder schwer erhältlich ist. Derzeit stellt 2D-Material eine andere Lösung, nämlich die sogenannte Van-der-Waals-Epitaxie, für heteroepitaxiale Substrate bereit. Der Mechanismus, dass die Van-der-Waals-Epitaxie für die Heteroepitaxie vorteilhaft sein kann, beruht auf dem Ersatz der direkten chemischen Bindung an der traditionellen epitaxialen Grenzfläche durch eine Van-der-Waals-Kräfte-Bindung, die die Spannungs- oder Dehnungsenergie wegen Fehlanpassung vom Gitter und der thermischen Ausdehnung während des Epitaxieprozesses bis zu einem gewissen Maße entlastet. Daher wird die Qualität der Epitaxieschicht verbessert oder die Einführung von 2D-Materialien und Van-der-Waals-Epitaxie kann die bestimmten Heteroepitaxie-Technologien ermöglichen, die zuvor unpraktisch waren. Verwandte Forschungen haben auch darauf hingewiesen, dass die gegenseitigen Wechselwirkungen hauptsächlich Van-der-Waals-Kräfte sind, wenn die oben erwähnten 2D-Materialien mit Heterostrukturen aufeinander gestapelt werden. Bei 3D-Material-Epitaxie auf 2D-Materialien sind freie Bindungen von 3D-Materialien an der Grenzfläche vorhanden und tragen zu Bindungskräften an der Grenzfläche bei. Diese Epitaxie ist nicht eine reine Van-der-Waals-Epitaxie (Van-der-Waals-Epitaxy) oder kann genauer als Quasi-van-der-Waals-Epitaxie (Quasi-van-der-Waals-Epitaxy) betrachtet werden. Egal in welcher Situation spielt der Anpassungsgrad vom Gitter und der thermischen Ausdehnung zweifellos immer noch eine gewisse Rolle bei der endgültigen epitaxialen Qualität, und das 2D-Material als Zwischenschicht und das Substratmaterial tragen zum gesamten Anpassungsgrad bei. Das oben erwähnte 2D-Schichtmaterial hat eine Hexagon- oder Wabenstruktur (Hexagon- or honeycomb) und wird als strukturell kompatibel mit Wurtzit- und Zinkblende-Struktur-Materialien bei Epitaxie betrachtet. In verwandten Gebieten der vorliegenden Erfindung besitzen die hauptsächliche Epitaxiematerialien diese Art von Struktur.
  • Basierend auf der Verwendung von Epitaxiesubstraten ist Einkristall (single crystal) eine der Anforderungen, um die Qualität von Epitaxie sicherzustellen. Im Allgemeinen hängt das Wachstum von 2D-Materialien mit der Kristallorientierung des kristallinen Substrats während der Keimbildungsphase zusammen. Wenn eine allgemeine Metallfolie am Substrat eingesetzt wird und es zu polykristalliner Struktur gehört, wird die unvereinbarte Orientierung im 2D-Material während der Keimbildungsphase geformt, und Kristallkeime lagern sich mit Wachstum zu einem kontinuierlichen Film zusammen, wobei es immer noch Domänen (Domain) mit unterschiedlichen Orientierungen anstelle Einkristall gibt. Wenn einkristalline Materialien wie Saphir am Substrat verwendet werden, kann es wegen der symmetrischen Korrelation zwischen den beiden Strukturen auftreten, dass die spezifischen Keimbildungsorientierungen nicht eindeutig sind, so dass es unmöglich ist, einen kontinuierlichen Einkristallfilm zu bilden. Neuere Studien haben herausgefunden, dass durch Verbesserung des bestehenden Prozesses, wenn die Kupferfolie durch Wärmebehandlung eine Kupferfolie mit einer bestimmten Gitterorientierung bildet, die anisotrope Kristallgitterdomäne (Domain) beseitigt werden kann, die während des Wachstumsprozesses des 2D-Materials von Graphen und hexagonalem Bornitrid (hBN) gebildet wird, und ein kontinuierlicher Film aus einkristallinem Graphen und hexagonalem Bornitrid kann aufgewachsen werden.
  • In den letzten Jahren haben viele Studien darauf hingewiesen, dass die 2D-Materialfamilie normalerweise ein ideales Substratmaterial für die Heteroepitaxie ist. Beispielsweise wird hBN als ein hervorragendes epitaxiales Substrat von Übergangsmetall-Dichalkogeniden TMD (transition metal dichalcogenides) angesehen. Die Studien haben darauf hingewiesen, dass an der Oberfläche von einkristallinem hBN TMD-Materialien wie MoS2, WS2, MoSe2, WSe2 epitaxial aufgewachsen werden können und bis zu 95 % der Oberfläche als kontinuierlicher Einkristallfilm beibehalten wird.
  • Neuere Studien haben darauf hingewiesen, dass geschichtetes MoS2, WS2, MoSe2, WSe2 und andere TMD-Materialien mit guter Kristallinität auf der c-Ebene (c-plane) der Fläche von Saphir-Eikristall mittels CVD gezüchtet werden können. Die aufgewachsene TMD-Materialien weisen zwei Arten (0o und 60o) von Kristallorientierung (crystal orientation) (Referenz: Nature 2019, v.567, 169-170) auf. Bei den AlGaN- und GaN-Materialien, die die vorliegende Erfindung betrifft, hat die Kristallstruktur eine hexagonale Symmetrie an der epitaxialen Grenzfläche (wie in 6 gezeigt). Obwohl die oben erwähnte TMD-Schicht keine Einkristallschicht bildet, wird sie theoretisch als Epitaxiesubstrat nicht verhindert, um Einkristall aus AlGaN- und GaN-Epitaxieschicht zu bilden; die derzeitige Technologie der Ablösung der TMD-Schicht von der Saphiroberfläche und Übertragung auf die Oberfläche anderer Substrate wird schon in der Praxis und in größerer Fläche verwendet, und das Saphirsubstrat kann wiederverwendet werden, was bereits ein machbarer Prozess für kommerzielle Massenproduktion geworden ist (Referenz: ACS Nano 2015,9,6,6178-6187). Daher ist neben der Herstellung von kontinuierlichem TMD-Einkristallfilm im vorherigen Verfahren die Übertragung von TMD-Schicht der Saphiroberfläche auf ein Substrat mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten, das an AlGaN und GaN anpasst ist, auch eine weitere geeignete praktikable Lösung für die Massenproduktion.
  • Der bestehende Prozess, wie in 7 gezeigt, ist die Durchführung einer Homo- oder Heteroepitaxie auf der Oberfläche eines hochwertigen Einkristallsubstrats. Derzeit sind AlGaN-Bauelemente mit breiter Bandlücke epitaxial auf Saphir oder Aluminiumnitrid (AIN) und GaN-basierte Laserdioden epitaxial auf hochwertigem einkristallinem GaN. Bei Epitaxie von AlGaN-Bauelemente mit breiter Bandlücke auf Saphir ist die Defektdichte aufgrund der schlechten Anpassung zu hoch (Defektdichte der Epitaxieschicht > 108/cm2), damit ist der Wirkungsgrad der Bauelemente stark beeinträchtigt. Bei UVC-LED-Bauelementen führt es eben aufgrund des großen Unterschieds vom Brechungsindex zwischen AlGaN und Saphir zu interner Reflexion, dadurch wird die gesamte Lichtausbeute verringert. Derzeit liegt die Lichtausbeute EQE (External Quantum Efficiency, Externe Quanteneffizienz) von auf dem Markt befindlichen Bauelementen weit unter 10%. Das hochwertige AIN-Einkristallsubstrat ist ein ideales Substrat für AlGaN-Epitaxie. Da das Kristallgitter und der Wärmeausdehnungskoeffizient in hohem Maße an die Epitaxieschicht angepasst sind, beträgt die Defektdichte der Epitaxieschicht weniger als 105/cm2. Aufgrund der Begrenzung der PVT-Herstellungstechnologie absorbieren die enthaltenen spezifischen Verunreinigungen gerade das UVC-Bandspektrum, was dazu führt, dass die Lichtausbeute EQE (External Quantum Efficiency, externe Quanteneffizienz) ebenfalls unter 10% liegt. Trotzdem können derzeit mittels PVT-AIN-Herstellungstechnologie nur 2 Zoll-Chips hergestellt werden, und die Produktion ist relativ niedrig und die Kosten sind zu hoch. Auch die Produktionskapazität der beiden einzigen PVT-AIN-Anbieter auf der Welt wird von bestimmten Gruppen beherrscht. Es ist schwer die Marktangebotsnachfrage zu erfüllen. Die Herstellungskosten von hochwertigem einkristallinem GaN für die GaN-basierte Laserdioden-Epitaxie sind relativ höher, aber aufgrund Begrenzung der HVPE-Herstellungstechnologie ist die GaN-Kristalldefektdichte 100-bis 1000-fach höher als die Defektdichte von Saphirsubstrat und beträgt 105/cm2, und die Massenproduktionsgröße ist vorwiegend nur 4 Zoll-Chips. Weil die Laserdioden-Leistungsfähigkeit sehr empfindlich gegenüber der Defektdichte der Epitaxieschicht ist, sind die vorhandenen einkristallinen GaN-Chips keine idealen Optionen, aber es fehlt an besseren Lösungen auf dem Markt.
  • Inhalt der Erfindung
  • Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Epitaxiesubstrat mit einer 2D-Material-Zwischenschicht bereitzustellen.
  • Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung des oben erwähnten Epitaxiesubstrats bereit.
  • Die vorliegende Erfindung stellt auch die hergestellten Bauelemente des oben erwähnten Epitaxiesubstrats, die AlGaN-Bauelemente mit breiter Bandlücke und die GaN-Laserdiode bereit.
  • Um den oben erwähnten Zweck zu erreichen, ist die Lösung der vorliegenden Erfindung wie folgt:
    • Ein Epitaxiesubstrat mit einer 2D-Material-Zwischenschicht, wobei die ultradünne 2D-Material-Zwischenschicht mittels Van-der-Waals-Epitaxie auf der Oberfläche eines polykristallinen Substrats aufgewachsen wird, die Oberflächengitterkonstante und der Basis-Wärmeausdehnungskoeffizient der ultradünnen 2D-Material-Zwischenschicht in hohem Maße an AlGaN oder GaN angepasst sind, die ultradünne 2D-Material-Zwischenschicht eine Einzelschichtstruktur oder eine Verbundschichtstruktur aufweist und eine AlGaN- oder einkristalline GaN-Epitaxieschicht mittels Van-der-Waals-Epitaxie auf der ultradünnen 2D-Material-Zwischenschicht aufgewachsen wird.
  • Die Dicke der ultradünnen 2D-Material-Zwischenschicht kann im Bereich von 0,5 nm bis 1000 nm liegen.
  • Die ultradünne 2D-Material-Zwischenschicht kann eine 2D-Schicht sein, die für AlGaN- oder GaN-Epitaxie geeignet ist.
  • Die ultradünne 2D-Material-Zwischenschicht kann eine Verbundschichtstruktur aufweisen, die aus einer oberen Schicht und einer unteren Schicht gebildet ist, wobei die obere Schicht eine 2D-Schicht ist, die für AlGaN- oder GaN-Epitaxie geeignet ist, und die untere Schicht 2D-Material ist, das als ein einkristallines Substrat geeignet ist.
  • Die Fehlanpassung der Oberschicht-Gitterkonstante (a) der ultradünnen 2D-Material-Zwischenschicht mit der Einzelschichtstruktur oder Verbundschichtstruktur an AIN oder GaN kann nicht mehr als 5% betragen, und die ultradünne 2D-Material-Zwischenschicht kann für AlGaN- oder GaN-Epitaxie geeignet sein.
  • Der Bereich von Bedingungen für das Substrat kann sein, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE)-Unterschied von AlN oder GaN in Richtung der parallel epitaxialen Grenzfläche nicht mehr als 1.5×10-6°C-1 beträgt, und eine stabile Materialqualität kann während des AlGaN- und GaN-Epitaxie-Prozesses gehalten werden, ohne nachteilige Auswirkungen oder Schäden zu verursachen.
  • Epitaxiesubstrat mit 2D-Material-Zwischenschicht, wobei das Herstellungsverfahren die folgenden Schritten umfasst:
    • Schritt 1, Verwendung von poliertem polykristallinem Substrat als Ausgangsmaterial, das Epitaxialwachstumniveau entspricht und nach geeigneter Vorbehandlung als Vorbereitung für nachfolgende Herstellungsprozesse geeignet sein wird;
    • Schritt 2, Aufwachsen einer einkristallinen 2D-Materialschicht durch den bestehenden Herstellungsprozess, wobei mittels Van-der-Waals-Epitaxie die ultradünne einkristalline 2D-Material-Schicht mit einer Einzelschichtstruktur oder einer Verbundschichtstruktur auf der Materialoberfläche von polykristallinem Substrat als eine Zwischenschicht heterogen verbunden und aufgebraucht wird, oder Übertragen einer nicht-einkristallinen 2D-Materialschicht, die für AlGaN- und GaN-Epitaxie geeignet ist, durch den bestehenden Herstellungsprozess auf der Materialoberfläche von polykristallinem Substrat als Zwischenschicht, um das Substrat zu bilden, dessen Oberschicht-Gitterkonstante und Basis-Wärmeausdehnungskoeffizient in hohem Maße an AlGaN und GaN angepasst sind;
    • Schritt 3, Aufwachsen einer AlGaN- oder GaN-Einkristall-Epitaxieschicht mittels Van-der-Waals-Epitaxie auf der Zwischenschicht, um ein Epitaxiesubstrat mit einer 2D-Material-Zwischenschicht zu erhalten.
  • Im Schritt 2 kann die Bedeckung von 2D-Material auf der Oberfläche des Substratmaterials durch Wachstums-, Abscheidungs-, Übertragungs- oder Beschichtungsprozesse durchgeführt werden, und die Gesamtdicke einer einzelnen Schicht oder mehrerer Schichten kann im Bereich von 0,5 nm bis 1000 nm liegen.
  • Im Schritt 2 kann der Herstellungsprozess für ultradünne einkristalline 2D-Material-Schichten umfassen, mit Kupferfolie als Ausgangssubstratmaterial:
    • Schritt A, wobei zunächst durch den bestehenden Prozess die polykristalline Kupferfolie langsam über eine heiße Zone mit einer Temperatur durchläuft, die nahezu aber niedriger als der Kupferschmelzpunkt ist, um eine einkristalline Kupferfolie zu erhalten, und eine einkristalline Kupferfolie mit geeigneter Kristallorientierung ausgewählt wird;
    • Schritt B, wobei die Kupferfolie von Schritt A gemäß der ausgewählten Gitterorientierung abgeschnitten wird, um eine Folie mit einer scharfen Spitze am vorderen Ende und der ausgewählten Gitterorientierung zu bilden;
    • Schritt C, wobei die Folie von Schritt B mit der unbehandelten polykristallinen Kupferfolie verbunden wird;
    • Schritt D, wobei das Endprodukt von Schritt C gemäß dem Prozess von Schritt A verarbeitet wird, um eine einkristalline Kupferfolie zu bilden;
    • Schritt E, wobei eine dünne einkristalline 2D-Material-Schicht aufgewachsen wird;
    • Schritt F, wobei eine dünne einkristalline 2D-Material-Schicht durch den bestehenden Prozess von der Oberfläche der Kupferfolie auf die Oberfläche des polykristallinen Substrats übertragen wird, und mit einer Spannvorrichtung der relative Zusammenhang zwischen der Kristallgitterorientierung und der Flachstelle oder Rille vom Substrat gesteuert wird; und
    • Schritt G, wobei je nach Bedarf Epitaxie von der dünnen Schicht anderer Arten von einkristallinen 2D-Materialien durchgeführt wird, um die Anforderungen an Gitteranpassung in nachfolgenden Epitaxieprozessen zu erfüllen.
  • Im Schritt 3 können auf dem Epitaxiesubstrat mit der 2D-Material-Zwischenschicht die notwendigen Herstellungsprozesse wie nachfolgende Epitaxie auf dem Epitaxiesubstrat fortgesetzt werden, nämlich die Herstellung von optoelektronischen und elektronischen Bauelementen mit breiter Bandlücke und die GaN-basierten Laserdioden, womit Bauelemente von AlGaN mit breiter Bandlücke und Bauelemente von GaN-basierten Laserdioden gebildet werden können.
  • Bei Einsatz der oben erwähnten Lösung stellt die vorliegende Erfindung ein brandneues Substrat bereit, wobei die Gitterkonstante von 2D-Materialien (WS2 und MoS2) in hohem Maß an c-Ebenen von AlGaN und GaN angepasst ist und die Wärmeausdehnungseigenschaften von polykristallinem gesintertem Substrat (wie etwa gesintertem AIN) in hohem Maß an AlGaN und GaN sehr angepasst sind, und es wird eine praktikable Technologie bereitgestellt, wobei die Anforderungen der Einkristall-Schichtepitaxie auf polykristallinen Substraten erfüllt werden, mit Sintertechnologie (AIN) großflächige (6 Zoll und mehr) Substrate hergestellt werden können und die Produktionskosten viel niedriger als bei verwandten einkristallinen Chips (GaN, AIN und Saphir) sind. Gleichzeitig löst die vorliegende Erfindung die Probleme bestehender UVC-LED- und GaN-basierter Laserdioden-Epitaxiesubstrate, die Prozesskosten können erheblich reduziert werden, der Wirkungsgrad von optoelektronischen und elektronischen AlGaN-Bauelementen mit breiter Bandlücke und Bauelementen von GaN-basierten Laserdioden kann effektiv verbessert werden, und die Herstellungskosten können reduziert werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein schematisches Diagramm der Korrosion von Zinkoxidsubstrat während des Epitaxieprozesses;
    • 2 ist ein schematisches Diagramm der Struktur von Übergangsmetalldichalkogenid TMD eines zweidimensionalen Materials;
    • 3 ist ein schematisches Diagramm der Struktur von hexagonalem Bornitrid hBN eines zweidimensionalen Materials;
    • 4a und 4b sind schematische Diagramme von mechanisch gebildeten gestapelten Schichten;
    • 5a und 5b sind schematische Diagramme der physikalischen und chemischen Gasphasenabscheidung;
    • 6 ist ein Strukturdiagramm der hexagonalen Symmetrie der Kristallstruktur an der epitaxialen Grenzfläche;
    • 7 ist ein schematisches Diagramm der Homo- oder Heteroepitaxie auf der Oberfläche eines bestehenden hochwertigen Einkristallsubstrats;
    • 8 ist ein schematisches Strukturdiagramm von Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 9 ist ein schematisches Strukturdiagramm von Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
    • 10 ist ein Flussdiagramm des Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung.
  • Detaillierte Ausführungsformen
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und die spezifischen Ausführungsformen weiter erläutert.
  • Mit Bezug auf 8 und 9 ist das Epitaxiesubstrat mit einer 2D-Material-Zwischenschicht in der vorliegenden Erfindung offenbart, wobei auf der Oberfläche des polykristallinen Substrats 1 mittels Van-der-Waals-Epitaxie eine ultradünne 2D-Material-Zwischenschicht 2 aufgewachsen wird, die Oberflächengitterkonstante und der Basis-Wärmeausdehnungskoeffizient der ultradünnen 2D-Material-Zwischenschicht 2 in hohem Maße an AlGaN oder GaN angepasst sind, die ultradünne 2D-Material-Zwischenschicht 2 eine Einzelschichtstruktur (wie 9) oder eine Verbundschichtstruktur (Heteromaterial-Verbindung, wie 8) aufweist und auf der ultradünnen 2D-Material-Zwischenschicht 2 eine AlGaN- oder einkristalline GaN-Epitaxieschicht 3 mittels Van-der-Waals-Epitaxie aufgewachsen wird.
  • Dabei wird gesintertes AIN oder anderes Keramik- oder Metallsubstrat als polykristallines Substrat 1 eingesetzt.
  • Die Dicke der ultradünnen 2D-Material-Zwischenschicht 2 liegt im Bereich von 0,5 nm bis 1000 nm.
  • Die ultradünne 2D-Material-Zwischenschicht 2 ist eine 2D-Schicht, die für AlGaN- oder GaN-Epitaxie geeignet ist, wie etwa eine WS2- oder MoS2-Einzelschichtstruktur, wie in 9 gezeigt.
  • Die ultradünne 2D-Material-Zwischenschicht 2 ist eine Verbundschichtstruktur, die durch eine obere Schicht 21 und eine untere Schicht 22 gebildet wird, wobei die obere Schicht 21 eine 2D-Schicht ist, die für AlGaN- oder GaN-Epitaxie geeignet ist, wie etwa WS2 oder MoS2, und die untere Schicht 22 2D-Material ist, das als Einkristallsubstrat geeignet ist, wie etwa hexagonales Bornitrid hBN. Die Gitterkonstanten-Fehlanpassung (lattice constant misfit) der Gitterkonstante (a) der oberen Schicht 21 der Einzelschichtstruktur oder der Verbundschichtstruktur der ultradünnen 2D-Material-Zwischenschicht 2 an AIN oder GaN beträgt nicht mehr als 5% und ist geeignet für AlGaN- oder GaN-Epitaxie, wie WS2 oder MoS2 oder andere 2D-Materialien.
  • Der Bereich der Bedingungen des Substrats ist: der Wärmeausdehnungskoeffizient-Unterschied (CTE, coefficient of thermal expansion) von AlN oder GaN in Richtung der parallel epitaxialen Grenzfläche beträgt nicht mehr als 1.5×10-6°C-1, und eine stabile Materialqualität kann während des AlGaN- und GaN-Epitaxie-Prozesses gehalten werden, ohne nachteilige Auswirkungen oder Schäden zu verursachen. Tabelle 2
    Materialien Gitterkonstante a (nm)
    Hexagonales Bornitrid (hBN) 0,25
    Graphen (graphene) 0,246
    WS2 0,318
    MoS2 0,3161
    WSe2 0,3297
    MoSe2 0,3283
  • In der vorliegenden Erfindung ist die einkristalline 2D-Material-Heteroübergang-Zwischenschicht dadurch gebildet, dass durch einen bestehenden Prozess eine einkristalline hBN-Schicht hergestellt wird und die einkristalline hBN-Schicht durch den bestehenden Prozess auf die Oberfläche des polykristallinen Substrats 1 übertragen wird und dann das 2D-Material für die Oberschicht auf der Oberflächenschicht aufgebracht wird. Das verwendete hBN ist ein Beispiel, aber es ist nicht auf hBN beschränkt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt auch ein neues Verfahren bereit, wobei die Kristallgitterorientierung der einkristallinen 2D-Material-Zwischenschicht mit der Wafer-Flachstelle (wafer flat) oder Wafer-Rille (wafer notch) des ursprünglichen Substrats zusammenhängt, um sicherzustellen, dass die Konsistenz der Kristallgitterorientierung des hergestellten Einkristallsubstrats und herkömmlichen Substrats beibehalten wird und die kundenspezifischen Anforderungen erfüllt werden.
  • Das Verfahren zur Herstellung eines epitaxialen Substrats mit einer 2D-Material-Zwischenschicht der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Schritte:
    • Schritt 1, Verwendung eines polierten polykristallinen Substrats 1 (Chip) als Ausgangsmaterial, das dem Epitaxialwachstumniveau entspricht, und nach einer geeigneten Vorbehandlung (einschließlich Chip-Reinigung) für nachfolgende Herstellungsprozesse vorbereitet sein wird;
    • Schritt 2, Aufwachsen einer einkristallinen 2D-Materialschicht durch den bestehenden Herstellungsprozess, wobei mittels Van-der-Waals-Epitaxie die ultradünne einkristalline 2D-Material-Schicht mit einer Einzelschichtstruktur oder einer Verbundschichtstruktur auf die Materialoberfläche des polykristallinen Substrats als Zwischenschicht 2 heterogen verbunden und aufgebraucht wird, oder Ablösen der an der Saphiroberfläche aufgewachsenen nicht-einkristallinen 2D-Materialschicht, die für AlGaN- und GaN-Epitaxie geeignet ist, durch den bestehenden Herstellungsprozess und Übertragen auf die Materialoberfläche des polykristallinen Substrats als die Zwischenschicht 2, um das Substrat zu bilden, wobei die Oberschicht-Gitterkonstante und der Basis-Wärmeausdehnungskoeffizient in hohem Maße an AlGaN und GaN angepasst sind;
    • Schritt 3: Aufwachsen einer AlGaN- oder GaN-Einkristall-Epitaxieschicht 3 mittels Van-der-Waals-Epitaxie auf der Zwischenschicht 2, um ein Epitaxiesubstrat mit einer 2D-Material-Zwischenschicht zu erhalten.
  • Dabei bedeckt das 2D-Material die Oberfläche des Substratmaterials im Schritt 2 durch Wachstums-(growth), Abscheidungs- (deposition), Übertragungs- (transfer) oder Beschichtungs- (coating) Prozesse, und die Gesamtdicke von einer einzelnen Schicht oder mehreren Schichten liegt im Bereich von 0,5 nm bis 1000 nm.
  • Mit Bezug auf 10 umfasst im Schritt 2 ein Herstellungsprozess für ultradünne einkristalline 2D-Material-Schichten mit Verwendung von Kupferfolie als Ausgangssubstratmaterial:
    • Schritt A, wobei zunächst durch den bestehenden Prozess die polykristalline Kupferfolie langsam eine heiße Zone mit einer Temperatur, die nahezu aber niedriger als der Kupferschmelzpunkt ist, durchläuft, um eine Einkristall-Kupferfolie zu bilden; eine Einkristall-Kupferfolie mit geeigneter Kristallorientierung wird ausgewählt (z. B. ist Cu(110) für das hBN-Einkristallwachstum geeignet);
    • Schritt B, Orientierungscharakterisierung und Abschneiden, wobei die Kupferfolie aus Schritt A gemäß der ausgewählten (spezifischen) Gitterorientierung abgeschnitten wird, um eine Folie mit einer scharfen Spitze am vorderen Ende und der ausgewählten Gitterorientierung zu bilden;
    • Schritt C, wobei die Folie aus Schritt B mit der unbehandelten polykristallinen Kupferfolie verbunden (Bindung) wird;
    • Schritt D, wobei das Endprodukt aus Schritt C gemäß dem Verfahren aus Schritt A verarbeitet wird und in einen Einkristall mit einer bestimmten Orientierung umgewandelt wird, um eine Einkristall-Kupferfolie zu bilden;
    • Schritt E, wobei eine dünne einkristalline 2D-Material-Schicht aufgewachsen oder abgeschieden wird (z. B. ist Cu(110) für hBN-Einkristallwachstum geeignet);
    • Schritt F, wobei eine dünne einkristalline 2D-Material-Schicht von der Oberschicht der Kupferfolie auf die Oberfläche des polykristallinen Substrats durch das bestehende Verfahren übertragen wird und mit einer Spannvorrichtung der relative Zusammenhang zwischen der Kristallgitterorientierung und der Flachstelle oder Rille des Substrats gesteuert wird; und
    • Schritt G, wobei je nach Bedarf Epitaxie von der dünnen Schicht anderer Arten einkristalliner 2D-Materialien durchgeführt wird, um die Anforderungen an Gitteranpassung in nachfolgenden Epitaxieprozessen zu erfüllen.
  • Ferner kann gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin ein notwendiger Herstellungsprozess wie nachfolgende Epitaxie auf einem Epitaxiesubstrat mit einer 2D-Materialzwischenschicht durchgeführt werden, wie etwa Herstellung von optoelektronischen und elektronischen Bauelementen mit breiter Bandlücke von AlGaN-UVC-LED (aber nicht auf UVC-LED beschränkt) und Bauelementen von GaN-basierten-Laserdioden, um Bauelemente von AlGaN mit Breitbandlücken oder Bauelemente von GaN-basierten Laserdioden zu bilden (AlGaN wird für UV-C-Band-LED in UVC-LED eingesetzt; GaN wird für blaue Laserdioden (blue laser diode) eingesetzt).
  • Die Erfindung löst die Probleme der vorhandenen Epitaxiesubstrate von UVC-LED und GaN-basierten-Laserdioden und kann die Prozesskosten erheblich reduzieren, womit der Wirkungsgrad von optoelektronischen und elektronischen Bauelementen von AlGaN mit breiter Bandlücke und Bauelementen von GaN-basierten Laserdioden wirksam verbessert werden kann und die Produktionskosten reduziert werden.
  • Die vorstehende Beschreibung stellt nur bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar und dient nicht zur Einschränkung der vorliegenden Erfindung. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass äquivalente Änderungen, die vom Fachmann nach Lesen dieser Beschreibung auf Grundlage von Gestaltungsideen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, in den Schutzbereich dieser Erfindung fallen.
  • Zusammenfassung
  • Ein Epitaxiesubstrat mit einer 2D-Material-Zwischenschicht wird vorgeschlagen, wobei die ultradünne 2D-Material-Zwischenschicht auf der Oberfläche eines polykristallinen Substrats aufgewachsen wird, die Oberflächengitterkonstante und der Basis-Wärmeausdehnungskoeffizient der ultradünnen 2D-Material-Zwischenschicht in hohem Maße an AlGaN oder GaN angepasst sind, die ultradünne 2D-Material-Zwischenschicht eine Einzelschichtstruktur oder eine Verbundschichtstruktur aufweist und eine AlGaN- oder einkristalline GaN-Epitaxieschicht mittels Van-der-Waals-Epitaxie auf der ultradünnen 2D-Material-Zwischenschicht aufgewachsen wird. Damit kann ein großes Substrat hergestellt werden, und die Herstellungskosten können merklich niedriger als die Kosten der verwendeten einkristallinen Chips sein.

Claims (10)

  1. Epitaxiesubstrat mit einer 2D-Material-Zwischenschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die ultradünne 2D-Material-Zwischenschicht mittels Van-der-Waals-Epitaxie auf der Oberfläche eines polykristallinen Substrats aufgewachsen wird, die Oberflächengitterkonstante und der Basis-Wärmeausdehnungskoeffizient der ultradünnen 2D-Material-Zwischenschicht in hohem Maße an AlGaN oder GaN angepasst sind, die ultradünne 2D-Material-Zwischenschicht eine Einzelschichtstruktur oder eine Verbundschichtstruktur aufweist und eine AlGaN- oder einkristalline GaN-Epitaxieschicht mittels Van-der-Waals-Epitaxie auf der ultradünnen 2D-Material-Zwischenschicht aufgewachsen wird.
  2. Epitaxiesubstrat mit einer 2D-Material-Zwischenschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der ultradünnen 2D-Material-Zwischenschicht im Bereich von 0,5 nm bis 1000 nm liegt.
  3. Epitaxiesubstrat mit einer 2D-Material-Zwischenschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ultradünne 2D-Material-Zwischenschicht eine 2D-Schicht ist, die für AlGaN- oder GaN-Epitaxie geeignet ist.
  4. Epitaxiesubstrat mit einer 2D-Material-Zwischenschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ultradünne 2D-Material-Zwischenschicht eine Verbundschichtstruktur aufweist, die aus einer oberen Schicht und einer unteren Schicht gebildet ist, wobei die obere Schicht eine 2D-Schicht ist, die für AlGaN- oder GaN-Epitaxie geeignet ist, und die untere Schicht 2D-Material ist, das als ein einkristallines Substrat geeignet ist.
  5. Epitaxiesubstrat mit einer 2D-Material-Zwischenschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlanpassung der Oberschicht-Gitterkonstante a der ultradünnen 2D-Material-Zwischenschicht mit der Einzelschichtstruktur oder Verbundschichtstruktur an AIN oder GaN nicht mehr als 5% beträgt und die ultradünne 2D-Material-Zwischenschicht für AlGaN- oder GaN-Epitaxie geeignet ist.
  6. Epitaxiesubstrat mit einer 2D-Material-Zwischenschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich von Bedingungen für das Substrat ist, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE)-Unterschied von AIN oder GaN in der Richtung der parallel epitaxialen Grenzfläche nicht mehr als 1.5×10-6°C-1 beträgt.
  7. Epitaxiesubstrat mit einer 2D-Material-Zwischenschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellungsverfahren die folgenden Schritte umfasst: Schritt 1, Verwendung eines polierten polykristallinen Substrats als Ausgangsmaterial, das Epitaxialwachstumsniveau entspricht und als Vorbereitung für nachfolgende Herstellungsprozesse geeignet vorbehandelt wird; Schritt 2, Aufwachsen einer einkristallinen 2D-Materialschicht durch den bestehenden Herstellungsprozess, wobei mittels Van-der-Waals-Epitaxie die ultradünne einkristalline 2D-Material-Schicht mit einer Einzelschichtstruktur oder einer Verbundschichtstruktur auf der Materialoberfläche des polykristallinen Substrats als eine Zwischenschicht heterogen verbunden und aufgebraucht wird, oder Übertragen der nicht-einkristallinen 2D-Materialschicht, die für AlGaN- und GaN-Epitaxie geeignet ist, durch den bestehenden Herstellungsprozess auf der Materialoberfläche des polykristallinen Substrats als Zwischenschicht, um das Substrat zu bilden, dessen Oberschicht-Gitterkonstante und Basis-Wärmeausdehnungskoeffizient in hohem Maße an AlGaN und GaN angepasst sind; Schritt 3, Aufwachsen einer AlGaN- oder GaN-Einkristall-Epitaxieschicht mittels Van-der-Waals-Epitaxie auf der Zwischenschicht, um ein Epitaxiesubstrat mit einer 2D-Material-Zwischenschicht zu erhalten.
  8. Epitaxiesubstrat mit einer 2D-Material-Zwischenschicht nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt 2 die Bedeckung des 2D-Materials auf der Oberfläche des Substratmaterials durch Wachstums-, Abscheidungs-, Übertragungs- oder Beschichtungsprozess durchgeführt wird und die Gesamtdicke einer einzelnen Schicht oder mehrerer Schichten im Bereich von 0,5 nm bis 1000 nm liegt.
  9. Epitaxiesubstrat mit einer 2D-Material-Zwischenschicht nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt 2 der Herstellungsprozess für ultradünne einkristalline 2D-Material-Schichten umfasst, mit Kupferfolie als Ausgangssubstratmaterial: Schritt A, wobei zunächst durch den bestehenden Prozess die polykristalline Kupferfolie langsam über eine heiße Zone mit einer Temperatur durchläuft, die nahezu aber niedriger als der Kupferschmelzpunkt ist, um eine einkristalline Kupferfolie zu erhalten, und eine einkristalline Kupferfolie mit geeigneter Kristallorientierung ausgewählt wird; Schritt B, wobei die Kupferfolie von Schritt A gemäß der ausgewählten Gitterorientierung abgeschnitten wird, um eine Folie mit einer scharfen Spitze am vorderen Ende und der ausgewählten Gitterorientierung zu bilden; Schritt C, wobei die Folie von Schritt B mit der unbehandelten polykristallinen Kupferfolie verbunden wird; Schritt D, wobei das Endprodukt von Schritt C gemäß dem Prozess von Schritt A verarbeitet wird, um eine einkristalline Kupferfolie zu bilden; Schritt E, wobei eine dünne einkristalline 2D-Material-Schicht aufgewachsen wird; und Schritt F, wobei die dünne einkristalline 2D-Material-Schicht durch den bestehenden Prozess von der Oberfläche der Kupferfolie auf die Oberfläche des polykristallinen Substrats übertragen wird, und mit einer Spannvorrichtung der relative Zusammenhang zwischen der Kristallgitterorientierung und der Flachstelle oder Rille des Substrats gesteuert wird.
  10. Verwendung eines Epitaxiesubstrats mit einer 2D-Material-Zwischenschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Durchführen eines nachfolgenden Epitaxie-Herstellungsverfahrens, um Bauelemente von AlGaN mit breiter Bandlücke und Bauelemente von GaN-basierten Laserdioden herzustellen.
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