(57)【要約】  実施形態は、さらなるＧａＮ材料を形成するためのテンプレートとしての役目を果たす薄い高品質単結晶ＧａＮ層を含むウエハを製造することに関する。ＧａＮ材料のバルクインゴットを打ち込みに供して、表面下切断領域を形成する。打ち込まれたバルク材料を、ＧａＮと適合する格子および／または熱膨張係数（ＣＴＥ）特性を有する基材と接合する。そのような基材材料の例としては、これらに限定されないが、ＡｌＮおよびムライトを挙げることができる。ＧａＮシード層を、制御された切断プロセスにより、打ち込まれたバルク材料から基材表面へと移転させる。その結果生じる基材およびＧａＮシード層の組合せは、その後、上層高品質ＧａＮを成長させるためのテンプレートを形成することができる。高品質ＧａＮの成長は、液相エピタキシー（ＬＰＥ）、または気相エピタキシー、例えば金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）もしくは水素化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）などの技法を使用して生じさせることができる。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合層を有する基材を準備すること、
さらなる材料の層を、第１の切断プロセスを使用して、前記接合層へと移転させること、および
前記さらなる材料の層の上にＧａＮを形成すること
を含む方法。
【請求項２】
前記さらなる材料の層の上に前駆体層を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
エピタキシャル成長技法を実施する前に、ＧａＮシード層を前記前駆体層に堆積させることをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記堆積は、金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）を実施することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記前駆体層は、ＡｌＮを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記ＡｌＮは、単結晶ＡｌＮを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ＧａＮの形成は、エピタキシャル成長技法を実施することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記エピタキシャル成長技法は、液相エピタキシー（ＬＰＥ）を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記エピタキシャル成長技法は、水素化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記さらなる材料は、単結晶ケイ素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記単結晶ケイ素は、（１１１）単結晶ケイ素を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記さらなる材料は、炭化ケイ素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記炭化ケイ素は、４Ｈ単結晶炭化ケイ素を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記炭化ケイ素は、６Ｈ単結晶炭化ケイ素を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記炭化ケイ素は、３Ｃ単結晶炭化ケイ素を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の切断プロセスは、打ち込み後で接合前の焼き鈍しを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の切断プロセスのサーマルバジェットを低減するために、前記接合の前に、前記さらなる材料の打ち込まれたドナーの熱処理を実施することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記熱処理は、焼き鈍しを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記熱処理は、レーザ曝露を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記さらなる材料は、サファイアを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記サファイアは、Ｃカット方位材料を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記さらなる材料は、前記切断プロセスにより、２’’以上の幅を有するバルク材料から分離される、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記基材は、多結晶ＡｌＮを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記基材は、ムライトを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記基材は、モリブデンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記基材は、タングステンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
第２の切断プロセスを実施して、オプトエレクトロニックデバイスに組み込むために、前記ＧａＮから層を移転させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記第２の切断プロセスは、粒子を前記ＧａＮ材料内に打ち込むことを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記層は、自立性である、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記層は、支持基材に移転される、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本特許非仮出願は、２０１６年８月２日に出願された米国特許仮出願第６２／３７０，１６９号、および２０１６年８月２２日に出願された米国特許仮出願第６２／３７８，１２６号の優先権を主張するものであり、これら文献は両方とも、あらゆる目的のために参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
米国特許出願公開第２０１４／０１９７４１９号が公開されており、参照によりその全体があらゆる目的のために本明細書に組み込まれる。
【発明の概要】
【０００３】
実施形態は、さらなるＧａＮ材料を形成するためのテンプレートとしての役目を果たす薄い高品質単結晶ＧａＮシード層を含むウエハを製造することに関する。ＧａＮ材料のバルクインゴットを打ち込みに供して、表面下切断領域を形成する。打ち込まれたバルク材料を、ＧａＮと適合する格子および／または熱膨張係数（ＣＴＥ）特性を有する基材と接合する。そのような基材材料の例としては、これらに限定されないが、ＡｌＮおよびムライトを挙げることができる。ＧａＮシード層を、制御された切断プロセスにより、打ち込まれたバルク材料から基材表面へと移転させる。その結果生じる下層基材およびＧａＮシード層の組合せは、その後、さらなる上層高品質ＧａＮ材料を成長させるためのテンプレートを形成することができる。この高品質ＧａＮの成長は、液相エピタキシー（ＬＰＥ）、または気相エピタキシー、例えば金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）もしくは水素化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）などの技法を使用して生じさせることができる。シード層およびその上に成長したさらなるＧａＮを有する基材は、高輝度発光ダイオードなどの電気光学素子に組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１Ａ】実施形態により調製することができるシードウエハの簡略図である。
【図１Ｂ】オプトエレクトロニクス素子を生成するための、図１Ａのシードウエハのさらなる処理を示す図である。
【図１Ｃ】極性型および無極性型のＧａＮを示す図である。
【図１Ｄ】極性ＧａＮのＧａ面およびＮ面を示す図である。
【図２Ａ】一実施形態によるプロセスの簡略的なフローダイヤグラムを示す図である。
【図２Ｂ】一実施形態によるＧａＮを成長させるためのプロセスの簡略図である。
【図３Ａ】一実施形態によるプロセスの簡略図である。
【図３Ｂ】一実施形態によるプロセスの簡略図である。
【図３Ｃ】一実施形態によるプロセスの簡略図である。
【図４】一実施形態によるプロセスの簡略図である。
【図５】一実施形態によるプロセスの簡略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
半導体材料には、論理デバイス、太陽電池など、多数の用途があり、照明用の用途が、ますます多くなっている。照明に使用することができる１つのタイプの半導体素子は、高輝度発光ダイオード（ＨＢ−ＬＥＤ）である。従来の白熱灯技術またはさらに蛍光灯技術とは対照的に、ＨＢ−ＬＥＤには、電力消費削減および信頼性の点で著しい利点がある。
【０００６】
ＨＢ−ＬＥＤなどのオプトエレクトロニクス素子は、種々の度合いの結晶秩序のものが入手可能な窒化ガリウム（ＧａＮ）などのＩＩＩ／Ｖ族材料を含むがそれらに限定されない、半導体特性を示す材料に依存する場合がある。しかしながら、こうした材料は、製造が難しいことが多い。
【０００７】
図１Ａ〜Ｂには、１つの製作手法が示されている。そこでは、シードワークピース１００が提供されている。このテンプレートブランクは、基材１０４を覆い、誘電体層１０６によりそれから隔てられており、典型的には酸化物を含むＧａＮの薄い高品質シード層１０２を含む。
【０００８】
ある実施形態によると、基材材料は、ＧａＮ材料と適合する熱膨張係数（ＣＴＥ）特性を有するように選択されていてもよい。基材材料の考え得る候補の具体的な例としては、ＡｌＮ、ムライト、モリブデン、およびタングステンが挙げられる。例示的な表が下記に示されている。
【０００９】
【表１】
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【００１０】
材料が、熱的、化学的、および機械的な要件を満たすことができれば、基材は、ガラス、石英、金属もしくは金属合金、または他の複合材などを含んでいてもよい。他の実施形態では、基材は、均質材料、勾配材料、もしくは多層材料、またはそれらの任意の組合せを含んでいてもよい。すなわち、基材は、ほとんどすべての単結晶、多結晶、非晶質タイプの基材で作ることができる。設計された合金を使用すると、基本材料を調整して、ＧａＮ膨張係数とより良好に一致させることができる。例えば、モリブデン−銅（Ｍｏ：Ｃｕ）合金を調整して、バルクＧａＮとより良好に一致させることができる。
【００１１】
図１Ｂに示されているように、シードテンプレートのＧａＮシード層の露出面を処理することにより、高品質ＧａＮ材料のさらなる厚さ１１０の形成を可能にすることができる。最終的には、そのさらなる厚さのＧａＮ材料を（付随する基材および／または誘電材料の有無に関わらず）、より大型のオプトエレクトロニクス素子構造（ＨＢ−ＬＥＤなど）に組み込むことができる。
【００１２】
典型的には、数百ミクロンから数センチメートル程度の厚さを、エピタキシアルプロセスにより、シード層の上に成長させることができる。種々の実施形態によると、さらなるＧａＮ材料を、下層シード層よりも著しく厚い厚さに成長させることができる。例えば、数ミリメートル〜数センチメートルのＧａＮ成長厚であれば、研削、研磨、および多ワイヤーウエハソーイング（ｍｕｌｔｉ−ｗｉｒｅ  ｗａｆｅｒ  ｓａｗｉｎｇ）などのウエハ成形操作により、ＧａＮ材料を、典型的には、厚さが２００〜５００ｕｍの個別の自立した基材へと単離することが可能である。ある実施形態によると、シード層は、約１００〜５０００ｎｍの厚さを有し、さらなるＧａＮは、約０．０１〜１０ｃｍの厚さを有する。幾つかの実施形態では、シード層は、約０．５〜２ｕｍの厚さを有し、さらなるＧａＮは、約０．５〜２ｃｍの厚さを有する。特定の実施形態では、シード層は、約０．５〜１ｕｍの厚さを有し、さらなるＧａＮは、約０．５〜１ｃｍの厚さを有する。
【００１３】
シード層を有するワークピースにさらなる高品質ＧａＮ材料を成長させるための１つの手法は、液相エピタキシー（ＬＰＥ）によるものある。そのようなＬＰＥは、液体溶液から固体単結晶ＧａＮを成長させることを含む。ＬＰＥは、温度、圧力、溶質、溶媒、および濃度など、様々な条件下で生じさせることができる。Ｍｏｒｉら、「Ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  ＧａＮ  Ｃｒｙｓｔａｌｓ  ｂｙ  Ｎａ  Ｆｌｕｘ  Ｍｅｔｈｏｄ」、ＥＣＳ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２巻、８号（２０１３年）、および「Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｏｆ  Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ」、Ｅｈｒｅｎｔｒａｕｔ、Ｍｅｉｓｓｎｅｒ、Ｂｏｃｋｏｗｓｋｉ編（２０１０年）の、ＥｈｒｅｎｔｒａｕｔおよびＭｅｉｓｓｎｅｒによる、「Ｃｈａｐｔｅｒ  １１  Ａ  Ｂｒｉｅｆ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｎａ−Ｆｌｕｘ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｔｏｗａｒｄ  Ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  Ｌａｒｇｅ−Ｓｉｚｅ  ＧａＮ  Ｃｒｙｓｔａｌ」に例が記載されている。これら文献は、あらゆる目的のためにそれらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００１４】
希薄溶液を使用して実施されるＬＰＥは、ある利点を提供することができる。１つは、厚さの制御を向上させるために、より低い成長速度の適用が可能になることである。別の利点は、構造完成度および化学量論を向上させるために、より低い成長温度を適用すること、および基材とエピ層との熱膨張差の有害効果を低減することであってもよい。希釈ＬＰＥの第３の利益は、望しくない自発的核形成結晶子のリスクを低減することであってもよい。
【００１５】
ＬＰＥは、気相技法と比較して、ある利点を提供することができる。特に、熱力学観点からは、液相の反応物と固相の産物との間のギブズ自由エネルギー差は、気相の反応物と固相の産物との間のギブズ自由エネルギー差と比較して、著しくより小さい。ＬＰＥを使用した層堆積中に平衡近傍条件が生じることにより、層の構造完成度を優れたものにすることができ、準原子的に平坦な表面および界面を達成することができる。また、一般的には、優れた化学量論の層を得ることができる。
【００１６】
無論、実施形態は、ＬＰＥと関連したシードワークピースの使用に限定されず、気相エピタキシーを使用して、初期シード層からＧａＮ材料を肥厚させることもできる。気相エピタキシーの１つの例は、金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）である。気相エピタキシーの別の例は、水素化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）である。ＨＶＰＥ手法の例は、ＩＩＩ−Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｍｐｅｒｉａｌ  Ｃｏｌｌｅｇｅ  Ｐｒｅｓｓの、Ｖｌａｄｉｍｉｒ  ＤｍｉｔｒｉｅｖおよびＡｌｅｘａｎｄｅｒ  Ｕｓｉｋｏｖ、「Ｃｈａｐｔｅｒ  １  Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ  ｏｆ  Ｇｒｏｕｐ  ＩＩＩ  Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」；およびＭｏｔｏｋｉら、「Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ２−ｉｎｃｈ  ＧａＮ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ」、Ｐｒｏｃ．２１ｓｔ  Ｃｅｎｔｕｒｙ  ＣＯＥ  Ｊｏｉｎｔ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｂｕｌｋ  Ｎｉｔｒｉｄｅｓ  ＩＰＡＰ  Ｃｏｎｆ．Ｓｅｒｉｅｓ  ４、３２〜３７頁に記載されており、これら文献は、両方ともあらゆる目的のためにそれらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００１７】
種々のタイプのＧａＮを、シード層として使用することができる。例えば、ウルツ鉱型ＧａＮに基づく材料は、極性および無極性の両形態で存在する。図１Ｃは、ｍ面（１１００）を示す無極性ＧａＮを示す。その無極性形態のＧａＮは、比較的高価である。
【００１８】
また、図１Ｃに示されているように、極性ＧａＮは、ｃ面（０００１）を示す。図１Ｄには、極性ＧａＮは、Ｎ面およびＧａ面を有することにより特徴付けられることが示されている。
【００１９】
ある実施形態は、極性ＧａＮシード層のＮ面は誘電体と接合されており、ＧａＮシード層のＧａ面は、さらなる処理（例えば、エピタキシャル技法による肥厚化）のために露出されていることを特徴としてもよい。これは、Ｇａ面が、Ｎ面よりも高品質ＧａＮを成長させやすいことが伝統的に証明されているからである。
【００２０】
しかしながら、他の実施形態も可能であることが強調される。例えば、幾つかの応用（例えば、パワーエレクトロニクス）では、Ｇａ面からではなく、Ｎ面からＧａＮ材料を成長させることが求められる場合がある。以下の文献は、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる：Ｘｕｎ  Ｌｉら、「Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ＧａＮ  ｌａｙｅｒｓ  ｇｒｏｗｎ  ｏｎ  Ｎ−ｆａｃｅ  ｆｒｅｅ−ｓｔａｎｄｉｎｇ  ＧａＮ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ４１３巻、８１〜８５頁（２０１５年）；Ａ．Ｒ．Ａ．Ｚａｕｎｅｒら、「Ｈｏｍｏ−ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｇｒｏｗｔｈ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｎ−ｆａｃｅ  ｏｆ  ＧａＮ  ｓｉｎｇｌｅ  ｃｒｙｓｔａｌｓ：ｔｈｅ  ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ２４０巻、１４〜２１頁（２００２年）。したがって、代替的な実施形態のテンプレートブランク構造は、Ｇａ面ではなく、Ｎ面が露出しているＧａＮ層を特色とすることができる。
【００２１】
ここでは、例えば、図１Ａに示されているものなどのＧａＮ含有テンプレートブランク構造の製造に有用であり得る層移転プロセスが詳細に記載されている。具体的には、特定の実施形態では、電子デバイスに使用される材料（例えば、オプトエレクトロニクス素子用のＧａＮ）の薄層を、ドナーバルク材料から基材へと移転させる。
【００２２】
図２Ａは、一実施形態によるプロセスの簡略的なフローを示す。図２Ｂは、一実施形態による例示的なプロセス２００の概要を示す。
【００２３】
第１のステップ２０２では、基材２５０が準備される。上記に記載されているように、その基材は、使用しようとする形態のＧａＮと適合する格子および／またはＣＴＥ特性を有していてもよい。考え得る候補基材材料は、ＡｌＮおよびムライトを含む。
【００２４】
第２のステップ２０４では、バルクＧａＮ２５２が準備される。バルクＧａＮは、極性ＧａＮの結晶であってもよく、または無極性ＧａＮの結晶であってもよい。特定の実施形態では、バルクＧａＮ（および／または基材）は、２’’ウエハであってもよいが、いかなる特定のサイズまたは寸法にも限定されない。
【００２５】
第３のステップ２０６では、ＧａＮが受容されるように、基材を調製する。これは、酸化物接合層２５６を形成することを含んでいてもよい。また、図示されていないが、接合ステップ２１０とより適合するように付加または処理された接合層を有するように、接合しようとするバルクＧａＮ２５２の表面を処理してもよい。
【００２６】
特定の実施形態では、この接合層は、酸化条件への曝露により形成することができる。幾つかの実施形態では、この接合層は、酸化物、例えばスピンオンガラス（ＳＯＧ）もしくは他のスピンオン材料（例えば、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ社から入手可能なＸＲ−１５４１水素シルセスキオキサン電子ビームスピンオンレジスト）、および／またはプラズマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）もしくは酸化物スパッタリング技法により形成されるＳｉＯ２を付加することにより形成することができる。
【００２７】
第４のステップ２０８では、バルクＧａＮを、粒子２５８（例えば、水素イオン）の打ち込みに供して、表面下切断領域２６０を形成する。幾つかの実施形態では、この切断領域は、バルク材料の表面下の約１０〜２０ｕｍの深さにあってもよい。他の実施形態では、この切断領域は、バルク材料の表面下の約０．０５〜２ｕｍの深さにあってもよい。
【００２８】
切断領域の形成は、標的材料、標的材料の結晶方位、打ち込み粒子の性質、打ち込みの線量、エネルギー、および温度、ならびに打ち込みの方向などの要因に依存する場合がある。そのような打ち込みは、以下の特許出願に関して詳細に記載されている１つまたは複数の特徴を共有していてもよく、これら文献はすべて、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる：米国特許出願第１２／７８９，３６１号；米国特許出願第１２／７３０，１１３号；米国特許出願第１１／９３５，１９７号；米国特許出願第１１／９３６，５８２号；米国特許出願第１２／０１９，８８６号；米国特許出願第１２／２４４，６８７号；米国特許出願第１１／６８５，６８６号；米国特許出願第１１／７８４，５２４号；米国特許出願第１１／８５２，０８８号。
【００２９】
ある実施形態では、ドナーの打ち込み表面の材料の厚さは、ＭｅＶ範囲の比較的高いＨ＋陽子打ち込みエネルギーを使用することにより形成される切断領域を使用して、バルク材料から切断される。これにより、約１０〜２０ｕｍの厚さを有する半導体材料の剥離層が生成される。接合層−移転を使用する他の実施形態では、０．０５〜１ｕｍのより薄い切断層を使用してもよい。こうした厚さのＧａＮ切断膜を生成する場合、およそ５〜１８０ｋｅＶの範囲のより低いＨ＋陽子打ち込みエネルギーを使用することができる。例えば、４０ｋｅＶのＨ＋陽子エネルギーであれば、厚さがおよそ０．２５ｕｍのＧａＮ切断膜が生成されるだろう。この打ち込みステップでは、Ｈ2＋を使用することもできることが理解される。そのような場合、線量率は２倍になるが、有効Ｈ＋エネルギーは半減されるだろう。例えば、８０ｋｅＶのＨ2＋打ち込みは、４０ｋｅＶのＨ＋打ち込みと同じ剥離層厚（範囲）を有することができるだろう。しかしながら、線量率は、打ち込み電流が同じであれば、Ｈ＋線量率の２倍になるだろう。
【００３０】
ステップ２１０では、接合は、基材の酸化物保持表面を、バルクＧａＮの打ち込み面と接触させて配置し、その後加熱することにより実施される。その際には、タッチポリッシング、プラズマ処理、および接合前洗浄などの他の作業を実施してもよい。
【００３１】
ステップ２１２は、バルクＧａＮを基材から放出するための、その後の制御された切断プロセスを示す。具体的には、エネルギーを印加することにより、ドナーバルクＧａＮ材料の切断平面に沿った切断がもたらされる。この切断により、切断された薄いＧａＮシード層２６４を有する所望のＧａＮシードテンプレートブランク２６２が生成される。
【００３２】
切断は、種々の形態のエネルギーの印加を使用して生じさせることができ、上記で参照により組み込まれた特許出願のいずれかに開示されている特徴の１つまたは複数を示すことができる。特定の実施形態では、この切断は、打ち込まれたバルク材料を含有する高圧チャンバ内に静的ガスの形態で加えられる圧縮力を使用して生じさせることができる。特定の実施形態に従って切断を達成するための種々の形態のエネルギーの印加は、米国特許第６，０１３，５６３号にも記載されている。この文献は、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
【００３３】
下記でさらに詳細に記載されているように、切断プロセスは、それ自体が１つまたは複数のステップを含んでいてもよい。例えば、切断は、ある条件下で実施される開始、その後異なる条件下で実施される伝搬を含んでいてもよい。
【００３４】
図２Ａに戻ると、ステップ２１４は、シードＧａＮ層の表面処理など、さらなるステップを含む。そのような処理は、露出面の粗さを低減させ、図１Ｂに関連して以前に考察されているような高品質ＧａＮを付加し易くすることができる。表面処理は、熱処理、化学処理、および／またはプラズマ処理を含んでいてもよい。
【００３５】
さらに、図２Ａのステップ２１６は、ＧａＮシード層の上にさらなるＧａＮ２６６を成長させることを示す。以前に言及されているように、このＧａＮ成長は、液相エピタキシャル成長および／または気相エピタキシャル成長を含む。
【００３６】
上記ステップの連続は、本発明のある実施形態による方法を提供する。また、ステップが追加されていてもよく、１つまたは複数のステップが除去されていてもよく、または１つまたは複数のステップが異なる順序で提供されていてもよい他の代替法を提供することができる。例えば、代替的な実施形態では、バルクＧａＮそれ自体が、接合材料を含んでいてもよく、粒子打ち込みは、その接合材料の形成前または形成後に生じてもよい。
【００３７】
さらに、種々の実施形態は、ＧａＮシード層および基材が後に互いに分離される接合および放出系の使用を含むことができることに留意されたい。そのような接合および放出手法のさらなる説明は、２０１６年６月１７日に出願された米国特許出願第１５／１８６，１８５号に記載されている。この文献は、現在は、米国特許出願公開第２０１６／０３７２６２８号として公開されており、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
【００３８】
本発明の実施形態による方法は、様々な応用に使用することができる。例としては、これらに限定されないが、オプトエレクトロニクス素子、半導体素子パッケージング、光電池、およびＭＥＭＳデバイスなどが挙げられる。
【００３９】
ある実施形態によると、自立膜をバルク材料から分離することができる。１つの実施形態では、１０μｍ以上の厚さを有する、単結晶ＧａＮなどの半導体材料の自立層を、高エネルギー打ち込みを使用して、バルクインゴットから切断することができる。このようにインゴットを切断することにより、従来のブレード切断プロセスでは、そうでなければひき目で失われてしまう半導体材料の量がかなり低減される。切断作用の効率の増強に加えて、イオン線量および温度プロファイルなどのパラメータを管理することも、分離しようとする材料に対する放射線損傷を制限および制御するために重要である。その結果生じる切断された自立膜は、照明、例えばＬＥＤまたはレーザ素子での使用に特に好適であってもよい。
【００４０】
本開示の目的では、「自立膜」または「自立層」は、ハンドル基材または移転基材などの支持部材と接触せずに、その構造的完全性を維持することができる（つまり、粉々になったり、またはバラバラになったりしない）材料の膜であると定義される。典型的には、非常に薄い膜（例えば、約５〜１０μｍよりも薄いＧａＮ膜）は、破壊せずに取り扱うことができない。従来、そのような薄膜は、支持構造を使用して操作されるが、そもそも薄膜を生成するためにも支持構造が必要とされる場合がある。より厚い膜（つまり、１０〜５０μｍの厚さを有するＧａＮ膜）の取り扱いは、支持体を使用することにより容易になるが、そのような支持体は必須ではない。したがって、本発明の実施形態は、１０μｍを超える厚さを有する自立膜の製造に関する。また、以下の開示の目的では、「基材」および「タイル」という用語は、同義的に使用される。
【００４１】
本発明による実施形態は、自立膜の形成に限定されない。代替的な実施形態は、基材に支持されている膜を形成することを含んでいてもよい。さらに、種々の応用に使用される膜が、プロセス中、真に自立しているか、またはハンドリング基材もしくは移転基材で支持されているかに関わりなく、処理された素子は、通常、照明モジュールの必須部品としての最終応用のために、金属基部などの機械的界面にマウントされる。
【００４２】
また、以下の開示の目的では、「バルク材料」は、バルク形態で存在する材料を指す。そのようなバルク材料の例としては、成長されている単結晶ＧａＮの略円形インゴットまたはブール、または略円形以外の断面プロファイルを示すように削られた側面を有する成長した単結晶ＧａＮインゴットが挙げられる。バルク材料のさらに他の例は、本明細書に記載されている。
【００４３】
特定の実施形態では、本方法は、単一のインゴット、例えば、ＧａＮブールまたは金属底基材などの好適な基材にマウントされたＧａＮの厚さから複数の層を移転することに適用が成功してもよい。すなわち、特定の実施形態に従って、本方法を繰り返し、切片を連続的に切断することができる（焼いたパン塊から数片のパンを切ることに類似する）。無論、他の変法、改変、および代替が存在する場合がある。
【００４４】
以前に言及されているように、種々の表面処理プロセスを、１つまたは複数の段階で使用してもよい。ある実施形態によると、基材から成長させた材料の露出表面を研磨して、任意の切断プロセスから生じる粗さを低減する。その後、研磨した切断材料および下層基材の組合せを、さらなる処理およびオプトエレクトロニクス素子への組み込みのための付加価値材料として移転させてもよい。
【００４５】
上記の記載は、研摩を使用する表面処理を参照しているが、これは、すべての実施形態で必要とされるわけではなく、代替法では、他の表面処理と組み合わせた研磨を使用してもよく、または研磨を含まない表面処理でさえ使用することができる。例えば、幾つかの実施形態によると、表面処理は、焼き鈍しを含んでいてもよい。特定の実施形態では、焼き鈍しは、例えばＡｌＮまたはＳｉＯ２を含む上部キャップ層の存在下で生じてもよい。焼き鈍しは、炉で実施してもよく（例えば、典型的にはキャップ層が存在する場合）、またはＭＯＣＶＤチャンバ内で実施してもよい（例えば、キャップ層が存在しない場合）。
【００４６】
また、表面処理（例えば、研摩、焼き鈍し、および／またはキャップ層形成を含む）は、エッチングプロセスを含んでいてもよい。エッチングプロセスの例としては、これらに限定されないが、プラズマエッチングおよび／または化学エッチングを挙げることができる。化学支援イオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）は、一種の化学エッチングの１つの例である。湿式化学エッチングは、化学エッチングの別の例である。
【００４７】
上記ステップの連続は、本発明のある実施形態による方法を提供する。また、ステップが追加されていてもよく、１つまたは複数のステップが除去されていてもよく、または１つまたは複数のステップが異なる順序で提供されていてもよい他の代替法を提供することができる。例えば、代替的な実施形態では、基材接合は、次いで基材と接合される自立膜をもたらす切断後に生じてもよい。
【００４８】
ドナーバルクＧａＮ材料には、特定の結晶方位は必要とされない。したがって、ＧａＮインゴットを含むドナーは、典型的な結晶方位の１つ、例えば（０００１）を示していてもよい。
【００４９】
上記で言及されているように、層移転プロセス中に使用される材料は、それらの熱特性を含むそれらの特性に応じて、具体的に選択することができる。したがって、基材および／または層は、プロセス中に遭遇すると予想される条件と適合する熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する材料を含んでいてもよい。例えば、ＧａＮの線熱膨張係数（αGaN）は、約５．５×１０-6Ｋ-1である。
【００５０】
ＧａＮとのＣＴＥ適合性を有するそのような材料の例としては、あるガラスを挙げることができる。ＧａＮとのＣＴＥ適合性を有する材料の他の例としては、これらに限定されないが、金属または金属合金を挙げることができる。考え得る好適な金属としては、モリブデンまたはタングステンを挙げることができ、金属合金候補は、銅モリブデン合金またはモリブデンタングステン合金など、モリブデンを含んでいてもよい。
【００５１】
実施形態は、ここまでに言及した特定の材料に特に制限されない。使用することができる種々の層の例としては、障壁層、熱圧着接合層、ミラー層、ならびにＧａＮ緩衝および素子成長層を含んでいてもよい。障壁層は、ＧａＮ素子層形成ステップなどの熱処理中に、夾雑、相互混合、および他の有害効果から一体化膜を保護する層である。そのような層としては、他の周知の障壁層材料の中でも、ＡｌＮ、ＨｆＮ、ＴｉＢ２、Ｐｔ、Ｔａを挙げることができる。また、多孔度および粗さなどの表面特性を増強するために、封入層としての役目を果たす他のそのような層が望ましい場合がある。例えば、ニッケル層（特定の応用に応じて研磨されているかまたはされていない）は、モリブデン合金基材上の封入層としての役目を果たし、良好な接合収率および均一な表面特徴を提供することができる。他のコーティング層としては、これらに限定されないが、ニッケル−金合金、ルテニウム、クロム、または銀を挙げることができる。
【００５２】
ＧａＮ層（例えば、図１Ｂ中の）から素子を成長させるその後のステップは、およそ１０００℃で２〜３時間にわたるＧａＮの金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）を含んでいてもよい。したがって、適切な緩衝および／または障壁層の使用は、所望の特徴の耐熱残存性を保証することができる。
【００５３】
まとめると、層は、設計されたＧａＮ成長基材を形成し、以下の考え得る特徴およびＨＢ−ＬＥＤ素子製造業者に対する潜在的な利益の１つまたは複数を達成することができる。
【００５４】
考え得る１つの利益は、格子不整合の低減である。特に、この利益は、エピタキシャル成長のために薄い高品質ＧａＮ層を使用することにより達成することができる。
【００５５】
別の考え得る利益は、貫通転位密度（ＴＤＤ）／欠陥の発生率が低いことである。実施形態によると、こうした欠陥は、薄い高品質ＧａＮ層を使用すれば、自立ＧａＮレベル以下に低減することができる。
【００５６】
さらに別の考え得る利益は、ＣＴＥ不一致の低減である。エピタキシャル成長温度にわたってＧａＮ層と一致するように設計されたＣＴＥ一致基材の使用は、それによりＣＴＥ不一致誘発性の層応力、亀裂、および欠陥を排除することができる。
【００５７】
さらに別の考え得る利益は、高い電気および熱伝導度の実現である。金属基材ならびに熱的および電気的に伝導性の内部層を使用することにより、成長基材を、最終縦型ＬＥＤ構造のＨＢ−ＬＥＤパッケージ／照明器のマウント基材として使用することが可能になり得る。高い熱および電気伝導度は、より高い外部量子効率（ＥＱＥ）、より高いウォールプラグ効率（ＷＰＥ、Ｗａｌｌ  Ｐｌｕｇ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を可能にし、あるバックエンド製造ステップを排除することができる。提案されている実施形態は、多重積層基材の所望の熱伝導度が５〜３０Ｗ／ｃｍ2−Ｋを超える縦型ＬＥＤ接触構造を可能にすることができる。多重積層基材の電気抵抗（電気伝導度に関する）は、１×１０-4オーム・ｃｍ2未満であってもよい。
【００５８】
実施形態は、光学的効率の増強という考え得る利益を提供することができる。特にＧａＮ成長膜の下に内部反射体を一体化することにより、最終ＨＢ−ＬＥＤパッケージ内に本基材を使用し、ミラー層成長およびリフトオフ／接合ステップなどのバックエンド製造ステップをさらに省くことが可能になり得る。反射層は、銀、金、アルミニウムなどの金属を含んでいてもよい。例えば、薄い銀層の使用は、４００〜５００ｎｍのスペクトル範囲で７５％を超える反射率を支援することができ、それは、高い外部量子効率を達成するための望ましい特徴であり得る。
【００５９】
反射層は、誘電体層積層を含んでいてもよい。そのような誘電体層積層は、導電率と反射特性とバランスがとれるように電気伝導性にすることができる。所望の特性を示す誘電体層積層を形成するように制御することができるパラメータの例としては、これらに限定されないが、積層中の層の数、積層中の層の厚さ、積層に含まれる特定の材料、および／またはドーパントの存在を挙げることができる。
【００６０】
さらなる別の考え得る利益は、より小型の素子サイズを使用することができることである。実施形態は、低ドループを提供することができ、したがって効率的な素子を、より高い電流密度で作動させることができる。基材には、最大１０倍またはさらにそれよりも多くの素子を作ることができ、エピタキシャルおよびパッケージングコストを、かなり削減することができる。
【００６１】
また、実施形態は、ＧａＮに基づく電子デバイスに使用することができる。そのような実施形態では、ＧａＮ素子層下に熱伝導性で電気的絶縁性の介在層を用いて、層を改変してもよい。特定の実施形態では、ＬＥＤ実施形態の一体化ミラー層は、良好なＧａＮ電子デバイス作動を可能にするだけでなく良好な熱熱伝達も可能にすることになる薄い（例えば２０〜５０ｕｍの）絶縁層と置き換えることができる。そのような介在層は、良好な熱伝導度および高い電気抵抗率を有する材料であってもよい。所望の性能およびコスト目標に応じて、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）およびサファイアなどの材料が好適であり得る。
【００６２】
層移転技術の１つの重要な応用は、ＨＢ−ＬＥＤおよびレーザダイオード素子製造のための、自立ＧａＮウエハと機能的に等価な基材を製造することであってもよい。自立ＧａＮを使用して達成される考え得る商業的利点としては、これらに限定されないが、（ｉ）ＨＢ−ＬＥＤ性能がより良好であること（ルーメン／ワットが最大で１００％より高い）および（ｉｉ）勾配緩衝を排除することによりエピタキシャル成長チャンバ時間が３０〜５０％より低いため、エピタキシャル素子層製造のコストがより低いことを挙げることができる。加えて、より効率的な素子は、パッケージングのかなりの削減ならびに競争的差別化を提供する。
【００６３】
現在、素子製造における従来の自立ＧａＮ基材の使用は、コストおよびサイズ限界（例えば、現在では直径が２’’および４’’）による制限を受けている。これら制限は両方とも、根本的なものであるとみなされており、水素化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）またはアモノサーマル（超臨界アンモニア／鉱化剤中のＧａまたはＧａＮ）成長手法によりＧａＮ結晶を製造する本方法と強く関連している。
【００６４】
ＨＶＰＥおよびアモノサーマル成長法は、時間がかかり、高価である。より高品質のＧａＮを得るには、ＨＶＰＥを使用する場合は、通常、１時間当たり１００〜２００ミクロン未満である必要であり、アモノサーマル成長の場合は、より時間がかかる場合があるが、結晶品質は若干より良好である。
【００６５】
ＧａＮバルク結晶は従来通りに成長するため、転位などの欠陥は、一般的には、それら自体がエッジ終端により結晶から生じる。そのため、結晶直径は転位低減率と強く結び付き、したがってＨＶＰＥおよびアモノサーマル成長法は、一般的には、高品質ＧａＮを製作するためには小さな結晶直径に制限される。市販のバルクまたは自立ＧａＮ（ＦＳ−ＧａＮ）２’’基材で達成可能な欠陥レベルは、約１０4〜１０6個の欠陥／ｃｍ2である。
【００６６】
成長速度が遅く、こうした基材の製造には線鋸を使用するため、ＦＳ−ＧａＮ価格は、現在、＄１，０００〜＄２，０００（２’’ウエハ）および＄３，０００〜＄５，０００（４’’ウエハ）である。こうした基材はコストが高いため、それらの使用は、Ｒ＆Ｄ（高電子移動度トランジスター（ＨＥＭＴ）およびオプトエレクトロニクス）ならびに青色／ＵＶレーザダイオード製造に限定されている。
【００６７】
ＨＢ−ＬＥＤ素子の性能は、こうしたより高品質の基材を使用すると、「ドループ効果」が排除されることにより１００％もの向上を示すことが示されているが、コストが高く、小さなウエハ直径に限定されることにより、それらの使用が妨げられている。高品質ＧａＮを成長媒体として使用することにより、素子「ドループ」（電流が大きくなると共に輝度効率が低下すること）、素子面積を増加させる寄生素子特徴が低減または排除されて、より高いルーメン／Ｗ効率が達成され、面電力散逸が制御される。発光出力の漸減またはドループは、サファイア基板に基づく素子の効率を約１００〜１２０のルーメン／ワットに限定するが、ＦＳ−ＧａＮ基材ＨＢ−ＬＥＤ素子は、２００ルーメン／ワットを超える効率をもたらすことが示されている。
【００６８】
この低いドループは、電流密度を増加させる能力であると解釈され、それは次いで、実施形態による高品質ＧａＮ材料を使用して基材上に製造されるＨＢ−ＬＥＤ素子のサイズの１０倍もの低減に結び付くことになる。
【００６９】
したがって、上記に示されているように、実施形態は、これらに限定されないが、コスト、パッケージング、および信頼性を含む多数の領域でＨＢ−ＬＥＤ産業に利益をもたらす。
【００７０】
以前に記載されている（例えば、図２Ｂに関して）ある実施形態では、粒子の打ち込みを使用して、ワークピースの深さに切断領域を形成する。幾つかの実施形態では、さらなる材料と下層ワークピースとの界面にまたは界面付近に切断領域を形成するように計算された様式の（例えば、エネルギーの）加速粒子を向けることができる。この界面にまたは界面付近に打ち込み粒子が存在することにより、最終的には、界面に近接して位置する切断領域での切断の開始および／または伝搬に必要な印加エネルギーの量を低減することができる。
【００７１】
また、上記の説明は、単結晶シードＧａＮ層を含むワークピース上にさらなる材料を形成して、多層構造を形成することに着目しているが、これも必要ではない。代替的な実施形態によると、さらなる材料は、ワークピース上に存在していてもよい。そのようなさらなる材料の１つの例は、材料がＧａＮヘテロエピタキシャル成長のシード層として役目を果たすことができる単結晶ＳｉＣ、（１１１）ケイ素単結晶、および金属膜である。
【００７２】
具体的には、図３Ａは、（１１１）単結晶ケイ素を特色とするテンプレートワークピースの実施形態の概略図を示す。図３Ａに示されている種々の層の相対的な厚さは、同じ縮尺で描かれていない。
【００７３】
図３Ａのテンプレートワークピース３００は、酸化物接合層３０４を有する多結晶ＡｌＮ基材３０２を含む。酸化物接合層は、例えば、約２００〜４００ｎｍの厚さを有していてもよい。
【００７４】
酸化物接合層３０４には、単結晶シリコン層３０６が付着している。この単結晶シリコン層は、（１１１）結晶面方位を有し、約０．１〜０．５°の意図的なオフカット角を有していてもよい。
【００７５】
単結晶シリコン層は、約１００〜２００ｎｍの厚さを有していてもよい。単結晶シリコン層は、層移転プロセス、例えば、ある実施形態では、本明細書に記載のような制御された切断プロセスを使用して、高品質インゴットから分離させることによりテンプレート基材上に形成することができる。
【００７６】
１つの考え得る実施形態では、次いで、ＡｌＮ３０８の薄層を、単結晶シリコン層の上に形成する。このＡｌＮ層は、ＭＯＣＶＤにより約１００〜２００ｎｍの厚さに形成される。ＡｌＮ層は、ケイ素をキャッピングし、成長させようとするＧａＮシード層の前駆体層としての役目を果たす。また、高品質ＧａＮ成長を促進する役目を果たす他の低温核生成層組成物を使用することができる。Ｐｉｎｎｉｎｇｔｏｎら、「ＩｎＧａＮ／ＧａＮ  ｍｕｌｔｉ−ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ  ａｎｄ  ＬＥＤ  ｇｒｏｗｔｈ  ｏｎ  ｗａｆｅｒ−ｂｏｎｄｅｄ  ｓａｐｐｈｉｒｅ−ｏｎ−ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ＡｌＮ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ  ｂｙ  ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ３１０巻（２００８年）２５１４〜２５１９頁が、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
【００７７】
特に、図３Ａは、ＡｌＮキャッピング層を覆うＧａＮシード層３１０をさらに示す。そのＧａＮシード層は、この場合もＭＯＣＶＤ技法を使用してＡｌＮ層３０８を覆うように高品質で成長される。
【００７８】
ワークピースにより提供される高品質ＧａＮ層の表面は、次いで、さらなるＧａＮ材料を成長させてかなりの厚さを達成するためのテンプレートとしての役目を果たす。これは、図３Ｂに示されており、さらなる高品質ＧａＮ材料３１２を、ＬＰＥおよび／またはＨＶＰＥなどの技法を使用して、ＧａＮシード層の上により厚い厚さに成長させる。
【００７９】
ある実施形態では、ＬＰＥにより成長させたさらなる高品質ＧａＮ材料は、約１×１０6〜５×１０7ｃｍ-2の欠陥密度を有することが予想されるだろう。幾つかの実施形態によると、ＨＶＰＥにより成長させたさらなる高品質ＧａＮ材料は、約１×１０6〜１×１０7ｃｍ-2の欠陥密度を有することが予想されるだろう。
【００８０】
図３Ｂの多層ワークピース３１４は、次いで、電子デバイス（ＨＢ−ＬＥＤおよびパワーエレクトロニクスデバイスなど）に組み込まれる高品質ＧａＮ層を分離するためのドナーとしての役目を果たすことができる。図３Ｃに示されているように、これは、打ち込み３１５および制御された切断３１６の連続により達成され、分離されたＧａＮ層３１７を生成することができる。
【００８１】
幾つかの実施形態では、その分離されたＧａＮ層は、自立性であってもよい。他の実施形態では、その分離されたＧａＮ層は、一時的なハンドル基材または恒久的な標的基材に接合されていてもよい。
【００８２】
なお、多結晶ＡｌＮ上の（１１１）単結晶ケイ素は、上部に成長したＧａＮとのＣＴＥの良好な一致を提供する。表１を参照すると、ＣＴＥ一致は、多結晶ＡｌＮ底基材が優勢であり、約０．２ｐｐｍ／Ｃであろう。これは、数百ミクロンのさらなるＧａＮを、亀裂を起こさずに成長させることを可能にするだろう。また、単結晶ケイ素は、上部に成長したＧａＮとの実用的な格子整合性（約１７％）を提供する。
【００８３】
正味の示差的ＣＴＥ不一致を有する底基材上に成長させたＧａＮの臨界厚さｈcを算出するための一般的な方法では、座屈により薄膜を剥離させる臨界エネルギー放出率が使用される。そのような方法は、Ｈｕｔｃｈｉｎｓｏｎ  およびＳｕｏ、「Ｍｉｘｅｄ  Ｍｏｄｅ  Ｃｒａｃｋｉｎｇ  ｉｎ  Ｌａｙｅｒｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」、Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ、２９巻、６３〜１８７頁（１９９２）により説明されている。この文献はその全体があらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
【００８４】
熱不一致により発生する膜応力を駆動エネルギーとして使用して（σ＝ＥΔαΔＴ、数式中、Ｅ＝ヤング率、Δα＝ＣＴＥ不一致、およびΔＴ＝温度差）、この駆動エネルギーを膜亀裂／剥離の開始を特徴付ける臨界厚さと関連付ける数式は以下の通りである。
Ｇ＝０．５（１−υ2）σ2ｈ／Ｅ                （１）
数式中、Ｇは、エネルギー放出率であり、σは、熱不一致により発生する膜応力であり、ｈは、膜厚であり、Ｅは、ヤング率である。
【００８５】
座屈の開始時のエネルギー放出率は、ＧａＮ膜の臨界エネルギー放出率と等しいかまたはそれを超えているだろう。この臨界エネルギーＧcは、約２Ｊ／ｍ2である。数式（１）は、この条件では、臨界厚さｈcを解くために、以下のように書き直すことができる。
ｈｃ＝２ＥＧc／（（１−υ2）σ2）              （２）
【００８６】
ＧａＮにはＥ＝３００ＧＰａ、材料パラメータにはυ＝０．３８、および成長温度と室温との温度差としてΔＴ＝１０００℃を使用すると、０．２ｐｐｍ／℃（Δα）ＣＴＥ不一致は、６０ＭＰａ膜応力を発生させることになり、亀裂を起こさずに、ＡｌＮ基材上におよそ３８０μｍまでの厚さのＧａＮを生成させることが可能になるだろう。これは、その後層移転させて、ＨＢ−ＬＥＤ、パワーエレクトロニクス、およびＲＦ（無線周波）ＧａＮなどに応用するためのＧａＮ素子テンプレートを製造するための実用的なドナーシード基材とみなされる十分な厚さのＧａＮ膜である。無論、より薄いＧａＮ膜も、そのような応用のテンプレート基材として直接的に役目を果たすことができる。
【００８７】
しかしながら、（１１１）単結晶ケイ素以外の材料が、ＧａＮとの格子面間隔のより緊密なアラインメントを提供する場合がある。そのような材料の１つの例は、単結晶炭化ケイ素（ＳｉＣ）である。
【００８８】
単結晶ＳｉＣは、３Ｃ、４Ｈ、および６Ｈを含む様々な形態が入手可能である。４Ｈ  ＳｉＣ形態は、ＧａＮとの緊密な格子整合性（約４％）を提供する。無論、３Ｃ、６Ｈ、または他のＳｉＣポリタイプも、種々の実施形態に従って使用することができる。
【００８９】
したがって、図４には、接合層４０６を介して下層ＡｌＮ基材４０４に接合されている４Ｈ  ＳｉＣ層４０２を特色とするＧａＮシードワークピース４００の代替的な実施形態の概略図が示されている。その接合層は、これらに限定されないが、例えば、スピンオンガラスを含む、酸化物接合層であってもよい。この場合も、ＭＯＣＶＤ  ＡｌＮ層４０８は、ＭＯＣＶＤ  ＧａＮシード層４１０の前駆体層としての役目を果たすことができ、ＭＯＣＶＤ  ＧａＮシード層４１０は、次いで、ＬＰＥおよび／またはＨＶＰＥ技法を使用してシードテンプレートワークピース上に成長させることができる肥厚化ＧａＮ４１２のテンプレートとしての役目を果たす。
【００９０】
ここで、この特定の実施形態のＡｌＮ前駆体は、任意選択であってもよいことに留意されたい。その代わりに、層自体に応じて、他の低温核生成層（または無くともよい）を選択してもよい。
【００９１】
図３Ａの実施形態のように、制御された切断により４ＨタイプＳｉＣ層をバクル基材から形成する。ここで、この制御された切断プロセスは、バルクＳｉＣ材料に粒子を打ち込み、その後、６００〜９００℃付近の比較的高温に曝すことを含んでいてもよい。４ＨタイプＳｉＣの切断領域を形成するための例示的な粒子打ち込み条件は、３００℃の打ち込み温度での５〜１０×１０16Ｈ+／ｃｍ2および１８０ｋｅＶ陽子エネルギー、８００〜９００℃で約２時間の焼き鈍しで、切断およびＳｉＣの移転を達成することである。Ａｍａｒａｓｉｎｇｈｅら、「Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｈ＋  Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ  ４Ｈ−ＳｉＣ  ａｓ  Ｒｅｌａｔｅｄ  ｔｏ  Ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｈｉｎ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｆｉｌｍｓ」、ＥＣＳ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、３巻（３号）、３７〜４２頁（２０１４年）が、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
【００９２】
シードワークピースが、ＳｉＣの切断に関連する過度に高いサーマルバジェット（高い焼き鈍し温度は、接合した基材の破壊および／または非実用的に長い焼き鈍し時間を引き起こす）に曝されることを低減するために、打ち込まれた（４Ｈまたは他のポリタイプの）ＳｉＣバルクインゴットを、接合および切断前に熱エネルギーに供することが可能であってもよい。このさらなる熱曝露は、焼き鈍しおよび／またはレーザ処理の形態をとってもよく、ＳｉＣバルクインゴットと、打ち込みにより形成された切断領域を覆う残存ＳｉＣ材料との間の接合を弱めることができる。接合サーマルバジェットを低下させる目的は、接合対を破壊せずに、ＳｉＣ膜の標的基材上への層移転を可能にすることである。例えば、米国特許第６，１６２，７０５号および／または米国特許第６，０１３，５６３号で説明されている方法を使用して、打ち込まれたＳｉＣドナー基材を熱的に焼き鈍して、接合対切断サーマルバジェットを低下させることができる。これら文献は両方とも、あらゆる目的のために参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。ブリスタリングが少ないレベルの熱的焼き鈍しが効果的であろう。一例として、ブリスタリングの発生に必要な温度よりも約２５〜５０℃低いレベルまで温度を低下させることは、接合後焼き鈍しサーマルバジェットの制限に効果的であろう。
【００９３】
図５は、プロセスの別の考え得る実施形態を示す。特に、この手法では、初期成長表面として層移転された単結晶サファイア（Ａｌ2Ｏ3）の薄層が使用される。
【００９４】
図５のテンプレートワークピース５００は、酸化物接合層５０４を有するＡｌＮ基材５０２を含む。酸化物接合層は、例えば、約２００〜４００ｎｍの厚さを有していてもよい。
【００９５】
酸化物接合層５０４には、サファイア層５０６が付着されている。このサファイア層は、望ましい格子整合性を提供するために、ｃカット方位を有していてもよい。しかしながら、ａカット、ｍカット、およびｒカット方位材料を含む、単結晶サファイアの他の形態が公知であり、潜在的に使用することができる。
【００９６】
サファイア層は、約０．１〜５μｍの厚さを有していてもよい。サファイア層は、本明細書に記載のような制御された切断プロセスを使用して、高品質インゴットから分離することによりテンプレート基材上に形成することができる。
【００９７】
次いで、エピタキシャル成長ＡｌＮの薄層５０８を、単結晶サファイア層の上に形成する。このＡｌＮ層は、ＭＯＣＶＤにより約５０〜２００ｎｍの厚さに形成される。あるいは、ＡｌＮ（例えば、約２０〜８０ｎｍの厚さ）は、物理蒸着（ＰＶＤ）技法により形成してもよい。ＡｌＮ層は、サファイアをキャッピングし、形成しようとするＧａＮシード層の前駆体層としての役目を果たす。
【００９８】
特に、図５には、ＡｌＮキャッピング層を覆うＧａＮシード層３１０がさらに示されている。そのＧａＮシード層は、この場合もＭＯＣＶＤ技法を使用してＡｌＮ層３０８を覆うように高品質で成長される。ＧａＮは、極性または無極性であってもよく、ｃ面タイプまたは別のタイプであってもよい。
【００９９】
なお、多結晶ＡｌＮ（Ｐ−ＡｌＮ）は、ｃ面ＧａＮとのＣＴＥ不一致が、ＧａＮとサファイアとの間のＣＴＥ差よりも低い。また、Ｐ−ＡｌＮの熱伝導度は、サファイアよりもかなり高い。これは、テンプレートワークピースに生じる温度勾配の大きさを低減し、処理中の温度均一性を向上させることになる。
【０１００】
ワークピースにより提供される高品質ＧａＮ層の表面は、次いで、さらなるＧａＮ材料を成長させて、かなりの厚さを達成するためのテンプレートとしての役目を果たす。これは、図５に示されており、さらなる高品質ＧａＮ材料５１２を、ＬＰＥおよび／またはＨＶＰＥなどの技法を使用して、ＧａＮシード層の上により厚い厚さに成長させる。
【０１０１】
層移転サファイア層を使用することの考え得る１つの利益は、サファイアとその上に成長させたＧａＮとの間にある程度の（約１３％）格子不整合があったとしても、基材のＣＴＥ一致は、依然として肥厚ＧａＮ成長に利点であるということである。また、サファイアをＧａＮの成長表面として使用することは、例えば、上記にて参照により組み込まれているＰｉｎｎｉｎｇｔｏｎらの論文により記載されているように、十分に研究されている。
【０１０２】
要約すると、図３Ａ〜Ｃ、図４、および図５に示されている実施形態では、（１１１）Ｓｉ、Ｎ型ＳｉＣ、および／またはサファイアなどの、ＣＴＥ／格子適合性材料を組み込むことにより、高品質ＧａＮ材料を含むドナーワークピースの形成を可能にする。制御された切断プロセスは、そうしたＣＴＥ／格子適合性材料の、大直径（例えば、＞２’’）バルク材料からの分離を可能にし、それにより、その上に成長させたＧａＮが、同じ対応する大面積を示すことも可能にする。こうした基材は、次いで、ＨＢ−ＬＥＤ、パワーエレクトロニクス、およびＲＦ−ＧａＮなどの、ＧａＮに基づく素子を製造するために使用することができる。それらを、絶縁性または伝導性底基板上に、大直径（４’’〜１２’’）サイズで、コスト効率良く製造することができる。例えば、多結晶ＡｌＮを底基材として使用すると、その高い熱伝導度および電気抵抗率を、横型パワー素子構造に使用することができる。電気伝導性モリブデン基材（および伝導性接合層）の使用は、縦型パワー素子の製造に有益であり得る。また、光学反射性接合層を一体化させることにより、上部発光ＬＥＤ構造を可能にすることができ、伝導性底基板を一緒に用いると、上部発光縦型ＬＥＤ構造を可能にすることができる。
【０１０３】
ワークピースおよびさらなる層の両方の材料の選択は、さらなる層が経験する応力／歪みの特徴の決定に役割を果たす場合があることがさらに留意される。例えば、ワークピース／さらなる層の選択は、それらの間の熱膨張係数の相対的不一致を決定する場合もあり、それは、次いで、温度の範囲にわたってさらなる層で生じる応力／歪みの極性および大きさの両方に寄与する場合がある。上記に照らして、ワークピースおよび／またはさらなる層材料は、種々の処理ステップにわたってさらなる層内の所望の応力／歪みを達成するように、注意深く選択することができる。
【０１０４】
特定の実施形態では、スパッタリングまたはＰＥＣＶＤにより二酸化ケイ素またはＡｌＮ層を施し、任意選択で打ち込みステップ前に高密度化することができる。膜または膜積層を施す場合、合計の深さを制限して、選択されたエネルギーでの打ち込みが、所望の切断深さまでバルクに浸透することを可能にすることができる。無論、他の変法、改変、および代替が存在する場合がある。
【０１０５】
特定の実施形態によると、高エネルギー粒子は、粒子加速器を使用して発生させることができる。ここで、加速器は、線形加速器、プラズマ浸漬イオン打ち込みツール、イオンシャワーのいずれであってもよい。適切な条件下では、質量選別または非質量選別打ち込み技術を使用することができる。
【０１０６】
特定の実施形態では、粒子は、剥離させようとするバルク材料（幾つかの実施形態では、自立層として）の厚さを画定するように表面領域下に設けられている切断領域内に複数のゲッタリング部位または蓄積領域の形成を引き起こす。第１の複数の高エネルギー粒子は、半導体基材の深さ内に空間的に配置されるピーク濃度および分布を有する打ち込みプロファイルを提供することができる。分布は、約２μｍ以下の幅を有していてもよく、打ち込み濃度プロファイルのこの深さ変動は、縦方向散在性（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ｓｔｒａｇｇｌｅ）と呼ばれる。ＧａＮの２ＭｅＶ水素打ち込みの場合、打ち込み深さは約２５μｍであり、散在性（ｓｔｒａｇｇｌｅ）は約０．７μｍである。
【０１０７】
ある実施形態では、切断領域は、第１の温度で維持され、温度は直接的または間接的に提供されていてもよい。すなわち、温度は、特定の実施形態に応じて、対流、伝導、放射、またはこれら技法の組合せにより提供することができる。加えて、高エネルギー粒子ビームは、熱エネルギーの一部も提供し、外部温度供給源と組み合わせて、所望の打ち込み温度を達成することができる。ある実施形態では、高エネルギー粒子ビームは単独で、打ち込みに望ましい熱エネルギー全体を提供することができる。すなわち、エネルギーの熱エネルギーへの変換を直接的に引き起こして、基材またはバルク材料の温度を増加させる高エネルギー粒子ビームを提供することができる。無論、他の変法、改変、および代替が存在する場合がある。
【０１０８】
特定の実施形態によると、応用に応じて、一般的には、材料の所望の深さに打ち込むためのエネルギー必要量を減少させるように、および好ましい実施形態による材料領域に対する損傷の可能性を低減させるように選択されたより小さな質量粒子を発生させる。すなわち、より小さな質量粒子は、選択された深さまで基材材料をより容易に通過し、粒子が通過した材料領域を実質的に損傷しない。例えば、より小さな質量粒子（またはエネルギー粒子）は、ほとんどあらゆる荷電（例えば、正または負）および／もしくは中性の原子もしくは分子、または電子などであってもよい。特定の実施形態では、粒子は、実施形態に応じて、水素およびその同位体のイオン種などのイオン、ヘリウムおよびその同位体ならびにネオンなどの希ガスイオンを含む、中性または荷電粒子であってもよい。また、粒子は、ガス、例えば、水素ガス、水蒸気、メタン、および水素化合物などの化合物に由来してもよく、他の軽原子質量粒子であってもよい。あるいは、粒子は、上記の粒子、および／またはイオン、および／または分子種、および／または原子種の任意の組合せであってもよい。粒子は、一般的には、表面から表面下の選択された深さまで浸透するのに十分な運動エネルギーを有する。
【０１０９】
例えば、一例として、ＧａＮ表面内への打ち込み種として水素を使用する打ち込みプロセスを、特定の一組の条件を使用して実施される。打ち込み線量は、約５×１０16から約５×１０17原子／ｃｍ2までの水素の範囲であり、好ましくは、打ち込み水素の線量は、約２×１０17原子／ｃｍ2未満であり、約５×１０16原子／ｃｍ2未満であってもよい。打ち込みエネルギーは、オプトエレクトロニック応用に有用な厚膜を形成する場合、約０．５ＭｅＶ以上から約２ＭｅＶまでの範囲である。ある接合基材実施形態では、打ち込みエネルギーは、５００ｋｅＶ未満、例えば、５〜１８０ｋｅＶであってもよい。打ち込み温度は、約−５０から約＋５００摂氏度までの範囲であり、約１００〜５００摂氏度であってもよく、打ち込まれたＧａＮ材料から水素イオンが拡散する可能性を防止するためには、好ましくは約７００摂氏度未満である。無論、使用されるイオンのタイプおよびプロセス条件は、応用に依存する。
【０１１０】
より高い打ち込みエネルギーの場合、再使用可能な基材内の切断平面の範囲の最大化を可能にするために、実質的に純粋な陽子打ち込み（例えば、正または負に荷電されている）を行うことが特に有用である。一例としてＧａＮを使用する場合、打ち込みのエネルギー範囲は、非常に大きく、ＧａＮ素子構造の製造にはその後のエピタキシャル成長が必要とされるＨＢ−ＬＥＤまたはＧａＮパワーエレクトロニクスに応用するためのテンプレートを形成する場合の数ＫｅＶから、ひき目のない自立ウエハ出発材料として使用するための厚さが数十ミクロンの基材を産出する場合の数ＭｅＶの範囲にわたる場合がある。打ち込みエネルギーの関数としての打ち込み深さの一般的な範囲は、例えば、ＳＲＩＭ２０１３（Ｓｔｏｐｐｉｎｇ  Ｒａｎｇｅ  Ｉｎ  Ｍａｔｔｅｒ）、またはモンテカルロシュミレーションプログラム（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｒｉｍ．ｏｒｇ／）を使用して算出することができる。特定の実施形態では、約５ｋｅＶから約１８０ｋｅＶまでの範囲の陽子打ち込みエネルギーを使用する場合、ＧａＮ膜厚は、約０．０５マイクロメートルから約１マイクロメートルまでの範囲である。他の実施形態では、ＧａＮ膜は、約１０マイクロメートルから約７０マイクロメートルまでの厚さを有する自立ＧａＮ層であってもよい。無論、他の変法、改変、および代替が存在する場合がある。
【０１１１】
この状況での用語「剥離された」または「移転されたＧａＮ厚さ」は、打ち込みイオン範囲により成形されたＧａＮ膜厚を、放出して自立状態にすることができるか、または放出して恒久的基材もしくは自立基材として最終的に使用するための一時的基材にすることができるか、または恒久的基材に最終的にマウントすることができることを意味する。幾つかの実施形態では、ＧａＮ材料は、十分な厚さを有しており、支持部材として作用するハンドル基材または移転基材から独立している。無論、膜の取り扱いおよび処理の特定のプロセスは、具体的なプロセスおよび応用に依存することになる。
【０１１２】
実施形態は、任意選択で半導体基材またはバルク材料に対して熱処理プロセスを実施して、切断領域内に複数のゲッタリング部位をさらに形成してもよい。すなわち、熱処理プロセスは、切断領域を焼き鈍しおよび／または急冷して、複数の第１の粒子を適所に固定する。熱処理は、その後の打ち込みまたは粒子蓄積／拡散プロセスにて粒子をゲッタリングおよび蓄積させるための効率的部位として作用することができる固定された欠陥のネットワークを提供する。
【０１１３】
特定の理論または機序には結び付けないが、特定の実施形態では、温度を上昇させることにより、恒久的欠陥のネットワークが誘発されると考えられ、また第１の複数の粒子に由来する水素のかなりの部分を捕捉することができる。欠陥層は、実質的に恒久的であり、その後の打ち込みおよび／または拡散プロセスからの粒子を効率的に収集および捕捉するための部位を提供する。これは、本明細書の全体にわたってより詳細に、および下記でより具体的に説明されることになる。
【０１１４】
１つの実施形態によると、任意選択の熱処理は、伝導、対流、放射、またはこれら技法の任意の組合せを使用して生じさせることができる。粒子ビームは、熱エネルギーの一部も提供し、外部温度供給源と組み合わせて、所望の打ち込み温度を達成することができる。ある実施形態では、粒子ビームは単独で、打ち込みに望ましい熱エネルギー全体を提供することができる。無論、他の変法、改変、および代替が存在する場合がある。
【０１１５】
特定の実施形態は、半導体基材またはバルク材料の表面領域を、線形加速器またはＰＩＩＩシステムなどの他の加速イオン打ち込み装置を使用して発生させることができる第２の複数の高エネルギー粒子に供することを含んでいてもよい。本方法は、半導体基材またはバルク材料に提供される第２の複数の高エネルギー粒子を含んでいてもよい。第２の粒子を切断領域内に導入し、それにより切断領域の応力レベルを、第１の応力レベルから、第２の複数の高速度粒子に由来する第２の応力レベルへと増加させる。特定の実施形態では、第２の応力レベルは、その後の切断プロセスに好適である。特定の実施形態では、半導体基材またはバルク材料は、第１の温度よりも高い第２の温度で維持される。
【０１１６】
打ち込みプロセスは、一例として、第２の打ち込みステップでのバルク単結晶ＧａＮ材料内への打ち込み種として水素を使用し、特定の一組の条件を使用して実施される。打ち込み線量は、約５×１０16から約５×１０17原子／ｃｍ2までの範囲であり、好ましくは、線量は、約１×１０17原子／ｃｍ2未満である。打ち込みエネルギーは、より厚い膜を形成する場合、約５ｋｅＶ以上から約０．５ＭｅＶまでまたはそれより高い範囲である。約５００マイクロアンペア〜約１００ミリアンペアの打ち込み線量率を提供することができ、総線量率は、打ち込み率を拡大ビーム面積に対して積分することにより算出することができる。打ち込み温度は、約−５０摂氏度から約７００摂氏度までの範囲であり、好ましくは約５００摂氏度未満である。特定の実施形態では、温度および線量は、分子状水素の効率的捕捉を可能にするが、単原子状水素がある程度拡散し得るように選択される。無論、使用されるイオンのタイプおよびプロセス条件は、応用に依存する。
【０１１７】
より高い打ち込みエネルギーの場合、再使用可能な基材内の切断平面の範囲の最大化を可能にするために、実質的に純粋な陽子打ち込み（例えば、正または負に荷電されている）を行うことが有用であり得る。一例としてＧａＮを使用する場合、打ち込みのエネルギー範囲は大きく、ＧａＮ素子構造の製造にその後のエピタキシャル成長が必要とされるＨＢ−ＬＥＤまたはＧａＮパワーエレクトロニクスに応用するためのテンプレートを形成する場合の数ＫｅＶから、ひき目のない自立ウエハ出発材料として使用するための厚さが数十ミクロンの基材を産出する場合の数ＭｅＶの範囲にわたる場合がある。打ち込みエネルギーの関数としての打ち込み深さの一般的な範囲は、例えば、ＳＲＩＭ２０１３（Ｓｔｏｐｐｉｎｇ  Ｒａｎｇｅ  Ｉｎ  Ｍａｔｔｅｒ）、またはモンテカルロシュミレーションプログラム（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｒｉｍ．ｏｒｇ／）を使用して算出することができる。特定の実施形態では、約５ｋｅＶから約１８０ｋｅＶまでの範囲の陽子打ち込みエネルギーを使用する場合、ＧａＮ膜厚は、約０．０５マイクロメートルから約１マイクロメートルまでの範囲である。幾つかの実施形態では、ＧａＮ膜は、約１０マイクロメートルから約７０マイクロメートルまでの厚さを有する自立ＧａＮ層であってもよい。無論、他の変法、改変、および代替が存在する場合がある。
【０１１８】
効果的には、打ち込み粒子は、基材またはバルク材料の上部表面と平行な、選択された深さの平面に沿って応力を追加するかまたは破断エネルギーを低減する。エネルギーは、部分的には、打ち込み種および条件に依存する。こうした粒子は、選択された深さでの基材またはバルク材料の破断エネルギーレベルを低減する。これにより、選択された深さの打ち込み平面に沿った制御された切断が可能になる。打ち込みは、基材またはバルク材料のすべての内部位置のエネルギー状態が、基材またはバルク材料に不可逆的破断（つまり、分離または切断）を開始させるには不十分であるような条件下で生じさせることができる。しかしながら、一般的には、打ち込みは、典型的には少なくとも部分的にはその後の熱処理、例えば熱的焼き鈍しまたは急速熱的焼き鈍しにより修復することができる、基材またはバルク材料のある量の欠陥（例えば、マイクロ検出（ｍｉｃｒｏ−ｄｅｔｅｃｔ））を引き起こすことが留意されるべきである。
【０１１９】
適切なビーム強度を有する質量選択高エネルギー打ち込み手法を使用して、より厚い切断されたバルク材料を製造することができる。対費用効果をよくするため、打ち込みビーム電流は、数十ミリアンペア程度のＨ+またはＨ-イオンビーム電流であるべきである。また、システムがそのような十分に高いエネルギーを打ち込むことができる場合、Ｈ2+イオンを使用してより高い線量率を達成することができることが有利である。本発明の実施形態に有用なイオン打ち込み装置は、Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ＳＡ社、ベルギー）から入手可能なＤＹＮＡＭＩＴＲＯＮ陽子加速器などのＤＣ静電粒子加速器を使用することにより、最近、利用可能になっている。使用することができるＤＣ静電加速器の他の形態としては、バンデグラーフまたはタンデムバンデグラーフ加速器型が挙げられる。
【０１２０】
本発明の実施形態による使用に好適な粒子加速器のさらに他の形態としては、サイクロトロンまたはＲＦ線形加速器（ＲＦリニアック）などの無線周波（ＲＦ）粒子加速器を挙げることができる。考え得る粒子加速器型の例としては、無線周波四極子線形加速器（ＲＦＱリニアック）またはドリフトチューブリニアック（ＤＴＬ）、またはＲＦ（ラジオ波）収束櫛型（ＲＦＩ）（ＲＦ  （Ｒａｄｉｏ）−Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ）技術が挙げられる。これらは、プレザントン、カリフォルニア州のＡｃｃｓｙｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｃ．社、およびアルバカーキ、ニューメキシコ州８７１０９のＬｉｎａｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＬＬＣ社などの会社から入手可能である。
【０１２１】
特定の実施形態では、こうした手法は、抽出された陽子ビームのＲＦ加速を使用して、およそ２０〜１００ｋｅＶから０．５〜７ＭｅＶまで範囲またはそれより高い値に陽子ビームの総エネルギーを増加させる。出力ビームは、通常は、直径が数ミリメートル程度であり、この応用で使用するためには、標的表面への出力フラックス打ち込みを、大きくなり過ぎないように、場合によっては標的表面を加熱または損傷しないように維持するために、一辺が数百ミリメートル〜１メートル以上の程度へとビームを拡大することが求められるだろう。こうした技術で使用可能な陽子流は、最大で１００ｍＡまたはそれよりも大きい。特定の例として、ビーム出力を１００ｋＷと仮定すると、３．２５ＭｅＶ  ＲＦＱ／ＲＦＩリニアックは、約３１ｍＡの陽子ビーム流をもたらすことになる。およそ１×１０17Ｈ／ｃｍ2の線量および約５００ｍｍ×５００ｍｍの拡大ビームを使用すると、標的打ち込み線量で毎時処理されるＧａＮ面積は、約０．７平方メートルであるが、出力フラックスは約１３ワット／ｃｍ2に維持される。パラメータのこの組合せは、この手法を、対費用効果の高いＨＢ−ＬＥＤ基材材料生産に特に実用的なものとなる。無論、他の変法、代替、および改変が存在する場合がある。
【０１２２】
任意選択で、特定の実施形態は、打ち込みプロセス後の熱処理プロセスを含んでいてもよい。特定の実施形態によると、本方法は、ＧａＮ材料の場合、約１５０から約８００摂氏度までの範囲の熱プロセスを使用する。一実施形態では、熱処理は、伝導、対流、放射、またはこれら技法の任意の組合せを使用して生じさせることができる。また、高エネルギー粒子ビームは、熱エネルギーの一部も提供し、外部温度供給源と組み合わせて、所望の打ち込み温度を達成することができる。ある実施形態では、高エネルギー粒子ビームは単独で、打ち込みに望ましい熱エネルギー全体を提供することができる。好ましい実施形態では、処理プロセスは、その後の切断プロセスの切断領域を前処理するために生じさせる。無論、他の変法、改変、および代替が存在する場合がある。
【０１２３】
特定の実施形態は、あるエネルギーを切断部分に印加して切断を開始させる切断開始ステップを含んでいてもよい。下記に詳細に記載されているように、この切断開始は、異なる特徴を有する異なるタイプのエネルギーを印加することを含んでいてもよい。
【０１２４】
特定の実施形態は、切断プロセスを使用して、剥離可能な材料の厚さ（自立性であってよく、または自立性でなくともよい）を解放するステップを含む。特定の実施形態では、解放のステップは、制御された切断プロセスを使用して実施することができる。制御された切断プロセスでは、ドナーバルクＧａＮ材料の切断領域の部分内に、選択されたエネルギーを提供する。単なる一例として、制御された切断プロセスは、サンホゼ、カリフォルニア州のＳｉｌｉｃｏｎ  Ｇｅｎｅｓｉｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社に付与された、同一発明人の「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｃｌｅａｖｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓ」という名称の米国特許第６，０１３，５６３号に記載されている。この文献は、あらゆる目的のために参照により組み込まれる。図示されているように、本発明の実施形態による方法は、基材またはバルク材料から材料の厚さ（自立性であってもよい）を解放して、上記材料の厚さを完全に除去することを含む。無論、他の変法、代替、および改変が存在する場合がある。
【０１２５】
方法は、切断作用の開始を容易するために、１つまたは複数のパターン化領域を使用することができる。特定の実施形態では、本方法は、表面領域および厚さを有する半導体基材を提供する。本方法は、半導体基材の表面領域を、粒子加速器を使用して発生させた第１の複数の高エネルギー粒子に供して、複数のゲッタリング部位のパターン化領域を切断領域内に形成することを含む。好ましい実施形態では、切断領域は、剥離させようとする材料の厚さを画定するように表面領域下に提供される。半導体基材は、第１の温度で維持される。また、本方法は、半導体基材を処理プロセス、例えば熱処理に供することを含む。本方法は、半導体基材の表面領域を、切断領域の応力レベルを第１の応力レベルから第２の応力レベルへと増加させるように提供されている第２の複数の高エネルギー粒子に供することを含む。本方法は、パターン化領域の選択された領域で切断作用を開始させ、切断プロセスを使用して剥離可能な材料の厚さの部分を剥離させること、および切断プロセスを使用して剥離可能な材料の厚さを解放することを含む。
【０１２６】
１つの実施形態では、パターン化された打ち込み連続により、表面を線量変動に供し、線量変動では、通常はより高い線量および／またはサーマルバジェット連続を使用して開始面積が照射される。切断作用を完了させるための切断作用の伝搬は、さらなる線量領域を使用して、伝搬する切断先端を誘導することで生じさせることができる。あるいは、切断伝搬は、応力制御を使用して誘導される深さを追従することにより達成してもよい。切断の伝搬は、天然の結晶学的切断平面を追従することにより達成してもよい。こうした技法の１つまたは複数を、互いに併用して適用してもよい。区域の一部分またはほとんどを、より少ない線量で打ち込んでもよく、または使用される特定の切断技法によっては全く打ち込まなくともよい。そのようなより低い線量領域は、基材から各膜を剥離するのに必要な総線量を低減することにより、打ち込み系の全体的な生産性向上を支援することができる。
【０１２７】
特定の実施形態では、方法は、他のプロセスを実施することができる。例えば、本方法は、剥離された材料の厚さを、後に処理される支持部材上に配置してもよい。加えてまたは任意選択で、本発明の実施形態による方法は、表面領域を第１の複数の高エネルギー粒子に供する前に、または打ち込みステップと切断ステップとの間に、半導体基材またはバルク材料に対して１つまたは複数のプロセスを実施する。特定の実施形態に応じて、プロセスは、セル処理内で使用される照明素子または層、集積回路、光学素子、およびそれらの任意の組合せなどを形成するためであってもよい。無論、他の変法、改変、および代替が存在する場合がある。
【０１２８】
上記に記載されているように、制御された切断作用を使用して、基材から材料の薄膜を除去するための改良技法が提供される。この技法は、制御されたエネルギー（例えば、空間的分布）および選択された条件を使用して、切断先端の開始を可能にし、基材にわたって切断先端を伝搬させて、材料の薄膜を基材から除去することを可能にすることにより、単一または複数の切断領域を使用して基材の切断プロセスの開始を可能にする。
【０１２９】
特定の実施形態では、制御された切断プロセスを使用して、ドナーから材料の膜を形成するためのプロセスが提供される。上記プロセスは、ドナーの表面から表面下の選択された深さへとエネルギー粒子（例えば、十分な運動エネルギーを有する荷電または中性の分子、原子、または電子）を導入するステップを含み、粒子は、比較的高濃度であり、選択された深さよりも上方のドナー材料の厚さ（例えば、剥離可能な材料の薄膜）を画定する。ドナー材料を切断するために、本方法は、ドナーの選択された領域にエネルギーを提供して、ドナーでの制御された切断作用を開始させ、切断作用は、切断先端を伝搬させて、ドナーの残り部分からドナー材料を解放する。
【０１３０】
切断は、材料を十分なエネルギーに供して、材料を１つの領域で破断させ、制御されない破砕または亀裂を起こさずに切断先端を引き起こすことにより、開始させることができる。切断先端形成エネルギー（Ｅ）は、各領域のバルク材料破断エネルギー（Ｅｔｎａ）よりも低くして、材料の粉砕または亀裂を回避しなければならないことが多い。例えば、ダイヤモンドカッティングにおける指向性エネルギーインパルスベクトルまたはガラスカッティングにおけるけがき線は、切断エネルギーを低減して、切断先端の制御された生成および伝搬を可能にする手段である。切断先端は、それ自体がより高い応力領域であり、いったん生成されると、この初期破断領域から材料をさらに切断するためのその伝搬には、より低いエネルギーしか必要とされない。切断先端の伝搬に必要なエネルギーは、切断先端伝搬エネルギーと呼ばれる（４）。この関係性は、以下のように表すことができる。
Ｅｃ＝Ｅｐ＋［切断先端応力エネルギー］
【０１３１】
制御された切断プロセスは、何にもまして好ましい方向に沿ってＥｐを低減させ、有効エネルギーを他の望ましくない方向のＥｐ未満に制限することにより実現される。任意の切断プロセスでは、より良好な切断表面仕上げは、切断プロセスがたった１つの拡大する切断先端により生じる場合に生じるが、複数の切断プロセスも作用する。
【０１３２】
本発明を使用すると、既存の技法に対して多数の利点が達成される。特に、本発明では、制御されたエネルギーおよび選択された条件を使用して、複数材料サンドイッチ膜を含むドナーから、材料の薄膜が優先的に切断される。この切断プロセスは、膜または基材の残り部分に対する損傷の可能性を防止しつつ、基材から材料の薄膜を選択的に除去する。したがって、残りの基材部分は、他の応用に繰り返して再使用することができる。
【０１３３】
加えて、本発明では、薄膜の制御された切断プロセス中、比較的低い温度を使用して、他の実施形態による分離された膜、ドナー、または複数材料膜の温度逸脱を低減する。このより低い温度手法は、例えば、実質的に異なる熱膨張係数を有する材料の切断および接合など、より多くの材料およびプロセス自由度を可能にする。他の実施形態では、本発明は、エネルギーまたは基材の応力を、切断開始エネルギー未満の値に制限し、それにより、一般的には、ランダムな切断開始部位または先端が作成される可能性を除去する。これは、既存技法で引き起こされることが多い切断損傷（例えば、穴、結晶欠陥、破壊、亀裂、段差、空隙、過度の粗さ）を低減する。さらに、実施形態は、既存技法と比較して、必要とされるものよりも高い応力または圧力効果により引き起こされる損傷、およびエネルギー粒子により引き起こされる核生成部位を低減することができる。
【０１３４】
様々な技法を使用して、エネルギー粒子をＧａＮ材料内に打ち込むことができる。こうした技法としては、例えば、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社、Ｅａｔｏｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社、およびＶａｒｉａｎ社などの会社により製造されたビームラインイオン打ち込み装置を使用したイオン打ち込みが挙げられる。あるいは、打ち込みは、プラズマ浸漬イオン打ち込み（「ＰＩＩＩ」）技法を使用して生じさせる。プラズマ浸漬イオン打ち込み技法の例は、「Ｒｅｃｅｎｔ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｐｌａｓｍａ  Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｉｏｎ  Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ」、Ｐａｕｌ  Ｋ．Ｃｈｕ、Ｃｈｕｎｇ  Ｃｈａｎ、およびＮａｔｈａｎ  Ｗ．Ｃｈｅｕｎｇ、ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ、１６５〜１７２頁、１９９６年６月、および「Ｐｌａｓｍａ  Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｉｏｎ  Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ−−Ａ  Ｆｌｅｄｇｌｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」、Ｐ．Ｋ．Ｃｈｕ、Ｓ．Ｑｉｎ、Ｃ．Ｃｈａｎ、Ｎ．Ｗ．Ｃｈｅｕｎｇ、およびＬ．Ａ．Ｌａｒｓｏｎ、ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ  ＳＣＩＥＮＣＥ  ＡＮＤ  ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ  ＲＥＰＯＲＴＳ：Ａ  ＲＥＶＩＥＷ  ＪＯＵＲＮＡＬ、２０７〜２８０頁、Ｒ１７巻、６〜７号、（１９９６年１１月３０日）に記載されている。これら文献は両方とも、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。無論、使用される技法は、応用に依存する。
【０１３５】
１つのＰＩＩＩシステムの基本的構成には、打ち込みしようとする標的を支持する標的ホルダが使用されていてもよい。標的ホルダは、標的材料を標的ホルダと熱的に接触させることを可能にする静電気的または機械的クランピングを有する高電圧絶縁冷却チャックを含んでいてもよい。これは、伝導冷却により（例えば、標的の裏側の効率的接触を可能にする弾性または他の柔軟層を介した）、または対流冷却により（例えば、標的の裏側と標的ホルダとの間にガス圧力を発生させることによる）、達成することができる。時には、伝導冷却および対流冷却の組合せを使用してもよい。このプラズマ浸漬時間中、標的は、プラズマに直接浸漬される。
【０１３６】
標的ホルダおよび標的を、高負電圧（−Ｖ）で短時間パルスすることができる。この時間中、標的ホルダアッセンブリの周囲には、荷電粒子を含まないシースが発生する。電圧は、シースの厚さの向こう側で低下する。
【０１３７】
打ち込みは、プラズマ／シース界面を横切って拡散し、Ｖと等しいエネルギーで標的ホルダアッセンブリの表面を衝撃する正荷電により生じる。例えば、−４０ｋＶのパルスであれば、水素プラズマ内のＨ＋陽子を、４０ｋｅＶのエネルギーへと加速することができる。この打ち込みプロセスは、プラズマ密度およびイオン種（ｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｅ）などのパラメータにより決定される率で継続される。アーキングを回避するために、高電圧を短期間印加し、選択された反復率で繰り返してもよい。典型的なＰＩＩＩ作動パラメータは、２０〜１０００Ｈｚの反復周波数（Ｆｒ）、および数マイクロ秒〜１００マイクロ秒よりも長いパルス幅（Ｔｐ）であってもよい。ピークイオン流（Ｉｉｏｎ）および有効標的ホルダ面積（Ａ）が既知である場合、線量率は、以下のように算出することができる。
線量率（イオン／ｃｍ2）＝Ｉｉｏｎ×Ｆｒ×Ｔｐ／ｑＡ、式中ｑは電子電荷である。
【０１３８】
荷電粒子が標的ホルダアッセンブリと衝突すると、表面から二次電子がはじき出され、逆方向に加速される。電子収率（打ち込み正荷電粒子１個当たりの放射された電子の数）は、ガンマ（γ）と呼ばれる。
【０１３９】
典型的なガンマ係数は、２〜５である。したがって、正味パルス電流は、二次電子流により支配される。こうした電子は、プラズマチャンバと衝突して減速するため、３０〜４０ｋＶを超える打ち込みエネルギー（Ｖ）のＸ線が生成される。一例では、合計電流および打ち込み出力は、以下の通りであり得る。
打ち込み電流＝Ｉｉｏｎ×（１＋γ）×Ｆｒ×Ｔｐ
打ち込み出力＝Ｉｉｏｎ×（１＋γ）×Ｆｒ×Ｔｐ×Ｖ
【０１４０】
応用に応じて、より小さな質量粒子は、材料領域に対する損傷の可能性を低減することができる。すなわち、より小さな質量粒子は、選択された深さまで基材材料を容易に通過し、粒子が通過した材料領域を実質的に損傷しない。例えば、より小さな質量粒子（またはエネルギー粒子）は、ほとんどあらゆる荷電（例えば、正または負）および／もしくは中性の原子もしくは分子、または電子などであってもよい。特定の実施形態では、粒子は、水素およびその同位体のイオンなどのイオン、ヘリウムおよびその同位体ならびにネオンなどの希ガスイオンを含む、中性および／または荷電粒子であってもよい。また、粒子は、ガス、例えば、水素ガス、水蒸気、メタン、および水素化合物などの化合物に由来してもよく、他の軽原子質量粒子であってもよい。あるいは、粒子は、上記の粒子、および／またはイオン、および／または分子種、および／または原子種の任意の組合せであってもよい。粒子は、一般的には、表面から表面下の選択された深さまで浸透するのに十分な運動エネルギーを有する。
【０１４１】
例えば、一例としてＧａＮ表面内への打ち込み種として水素を使用する打ち込みプロセスを、特定の一組の条件を使用して実施することができる。水素の打ち込み線量は、約５×１０16から約５×１０17原子／ｃｍ2までの範囲であり、打ち込み水素の線量は、約２×１０17原子／ｃｍ2未満であってもよく、約５×１０16原子／ｃｍ2未満であってもよい。打ち込みエネルギーは、オプトエレクトロニック応用に有用な厚膜を形成する場合、約０．５ＭｅＶ以上から約２ＭｅＶまでの範囲であってもよい。ある接合基材実施形態では、打ち込みエネルギーは、５００ｋｅＶ未満、例えば５〜１８０ｋｅＶであってもよい。打ち込み温度は、打ち込まれたＧａＮ材料から水素イオンが拡散する可能性を防止するためには、約−５０から約＋５００摂氏度までの範囲であり、約１００〜５００摂氏度であってもよく、好ましくは約７００摂氏度未満であってもよい。無論、使用されるイオンのタイプおよびプロセス条件は、応用に依存する。
【０１４２】
効果的には、打ち込み粒子は、基材の上部表面と平行な、選択された深さの平面に沿って応力を追加するかまたは破断エネルギーを低減する。エネルギーは、部分的には、打ち込み種および条件に依存する。こうした粒子は、選択された深さの基材の破断エネルギーレベルを低減する。これにより、選択された深さの打ち込み平面に沿った制御された切断が可能になる。打ち込みは、基材のすべての内部位置のエネルギー状態が、基材材料に不可逆的破断（つまり、分離または切断）を開始させるには不十分であるような条件下で生じさせることができる。しかしながら、一般的には、打ち込みは、典型的には少なくとも部分的にはその後の熱処理、例えば熱的焼き鈍しまたは急速熱的焼き鈍しにより修復することができる、基材のある量の欠陥（例えば、マイクロ欠陥）を引き起こすことに留意すべきである。
【０１４３】
制御された切断プロセスでは、パルスエネルギーを使用してもよい。パルス１は、切断作用の開始に必要なエネルギーである平均切断エネルギー（Ｅ）を超えるエネルギーレベルを有する。パルス２および３は、切断先端に沿ったより低いエネルギーレベルを使用して、切断作用を維持または持続させるように行われる。特定の実施形態では、パルスは、レーザパルスであり、衝突ビームは、パルスにより基材の選択された領域を加熱し、熱パルス勾配は、一緒にすると切断形成または伝搬エネルギーを超える補完的な応力を引き起こし、それにより単一の切断先端が生成される。好ましい実施形態では、衝突ビームは加熱し、同時に熱パルス勾配を引き起こし、切断エネルギー形成または伝搬エネルギーを超過する。より好ましくは、衝突ビームは冷却し、同時に熱パルス勾配を引き起こし、切断エネルギー形成または伝搬エネルギーを超過する。
【０１４４】
任意選択で、基材の内部蓄積エネルギー状態または応力を、切断作用の開始に必要だが、複数の連続インパルスを本発明による基材に対して向ける前に切断作用を開始させるには不十分なエネルギーレベルに向けて、全体的に上昇させることができる。基材の全体的なエネルギー状態は、化学的、機械的、熱的（シンクまたは供給源）、または電気的などの様々な供給源を単独でまたは組み合わせて使用して、上昇または下降させることができる。化学的供給源としては、粒子、流体、ガス、または液体などの種類を挙げることができる。また、こうした供給源としては、材料領域の応力を増加させるための化学反応を挙げることができる。化学的供給源は、溢流で、時間変化的に、空間変化的に、または連続的に導入される。他の実施形態では、機械的供給源は、回転、移行、圧縮、膨張、または超音波エネルギーに由来する。機械的供給源は、溢流で、時間変化的に、空間変化的に、または連続的に導入することができる。さらなる実施形態では、電気的供給源は、印加電圧または印加電磁場から選択され、それは、溢流で、時間変化的に、空間変化的に、または連続的に導入される。またさらなる実施形態では、熱供給源または熱シンクは、放射、対流、または伝導から選択される。この熱供給源は、中でも、光子線、流体ジェット、液体ジェット、ガスジェット、電／磁場、電子ビーム、熱電加熱、および炉から選択することができる。熱シンクは、流体ジェット、液体ジェット、ガスジェット、低温流体、過冷却液体、熱電冷却手段、および電／磁場などから選択することができる。以前の実施形態と同様に、熱供給源は、溢流で、時間変化的に、空間変化的に、または連続的に適用される。またさらに、上記の実施形態はいずれも、応用に応じて、組み合わせることができ、または分離することさえできる。無論、使用される供給源のタイプは、応用にも依存する。なお、全体的な供給源は、材料領域のエネルギーまたは応力のレベルを増加させるが、エネルギーを提供して制御された切断作用を開始させる前は、材料領域の切断作用を開始させない。
【０１４５】
特定の実施形態では、エネルギー供給源は、基材切断平面のエネルギーレベルを、その切断先端伝搬エネルギーよりも高く上昇させるが、切断先端の自己開始を引き起こすには不十分である。特に、熱または熱の欠如（例えば、冷却供給源）の形態の熱エネルギー供給源またはシンクを、基材に対して全体的に適用して、切断先端を開始せずに、基材のエネルギー状態または応力レベルを増加させることができる。あるいは、エネルギー供給源は、電気的、化学的、または機械的であってもよい。向けられたエネルギー供給源は、基材の選択された領域に対するエネルギーの適用を提供して、切断先端を開始させ、切断先端は、材料の薄膜が除去されるまで、打ち込まれた基材の領域から自己伝搬する。様々な技法を使用して、切断作用を開始させることができる。こうした技法は、下記の図に説明されている。
【０１４６】
一実施形態では、基材のエネルギーレベルまたは状態を、切断先端伝搬エネルギー状態よりも高いが、切断先端の開始に必要なエネルギー状態よりは低い状態に、全体的なエネルギー供給源を使用して上昇させる。切断先端を開始させるためには、レーザなどのエネルギー供給源により、パルスの形態のビームを基材の縁端に向けて、切断作用を開始させる。あるいは、エネルギー供給源は、パルスの形態の冷却媒体を基材の縁端に向けて、切断作用を開始させる冷却流体（例えば、液体、ガス）であってもよい。全体的なエネルギー供給源は、切断作用を維持し、切断作用に必要なエネルギーレベルは、一般的には開始エネルギーよりも低い。
【０１４７】
代替的な態様では、光ビームまたは熱供給源を使用して、切断先端伝搬エネルギー状態よりも高いが、切断先端の開始に必要なエネルギー状態よりは低いレベルへと基材の全体的なエネルギーレベルを増加させるために、エネルギー供給源を使用する。基材は、上部表面では時計回りの回転力および底部表面では反時計回りの回転力を受け、それにより打ち込まれた領域に応力が生じて、切断先端が開始される。あるいは、上部表面は反時計回りの回転力を受け、底部表面は時計回りの回転力を受ける。無論、この実施形態では、力の方向は、一般的には重要ではない。
【０１４８】
除去された材料領域は、処理用のＧａＮ材料の薄膜を提供する。ＧａＮ材料は、エピタキシャル成長基材に使用するための限定的な表面粗さおよび所望の平坦性特徴を有する。ある実施形態では、剥離された膜の表面粗さは、約６０ｎｍ未満、または約４０ｎｍ未満、または約２０ｎｍ未満の特徴を有する。したがって、本発明の実施形態は、既存技法よりも平滑および均一であり得る薄いＧａＮ膜を提供することができる。
【０１４９】
特定の実施形態では、エネルギー供給源は、本発明の実施形態によると、加圧された（例えば、圧縮された）流体ジェットであってもよい。一実施形態では、エネルギー供給源は、例えば、静的な圧縮流体などの、圧縮供給源であってもよい。任意選択で、打ち込まれた領域の縁端に、ピンまたはブレードなどからの機械的な力をかけて、切断プロセスを開始させてもよく、それにより、典型的には、チャンバと周囲との間に必要とされる最大圧力差が低減される。
【０１５０】
実施形態は、既存技法により使用される温度よりも低い温度で実施することができる。特に、実施形態は、既存技法のように、基材全体の温度を増加させて切断作用を開始または持続させることを必要としない。幾つかの実施形態では、ＧａＮウエハおよび水素打ち込みの場合、基材温度は、切断プロセス中、約５００℃よりも高くならない。あるいは、基材温度は、切断プロセス中、約４００℃よりも高くならない。あるいは、基材温度は、熱シンク、例えば冷却流体、低温流体により、打ち込み温度よりもかなり低く維持される。したがって、本発明の実施形態は、ランダム切断先端からの過度のエネルギー放出による不必要な損傷の可能性を低減することができ、それにより、一般的には、剥離された膜および／または基材の表面品質が向上する。したがって、本発明の実施形態は、より高い全収率および品質で基材上に得られる膜を提供することができる
【０１５１】
基材は、制御された切断プロセスの前に、補強材などのワークピース上に配置してもよい。ワークピースを、基材の上部表面または打ち込み表面に結合させて、制御された切断プロセス中、材料の薄膜に構造的支持を提供する。ワークピースは、様々な接合または結合技法、例えば、静電気、接着剤、原子間、熱圧着を使用して、基材と結合させることができる。こうした接合技法の幾つかは、本明細書に記載されている。ワークピースは、誘電材料（例えば、石英、ガラス、サファイア、窒化ケイ素、二酸化ケイ素）、伝導性材料（ケイ素、炭化ケイ素、ポリシリコン、ＩＩＩ／Ｖ族材料、金属）、およびプラスチック（例えば、ポリイミドに基づく材料）で作られていてもよい。無論、使用されるワークピースのタイプは、応用に依存することになる。
【０１５２】
あるいは、剥離させようとする膜を有する基材を、制御された切断プロセス前に、補強材などの移転基材上に一時的に配置してもよい。移転基材を、膜を有する基材の上部表面または打ち込み表面と結合させて、制御された切断プロセス中、材料の薄膜に構造的支持を提供する。移転基材は、様々な接合または結合技法、例えば、静電気、接着剤、原子間を使用して、膜を有する基材と結合させることができる。こうした接合技法の幾つかは、本明細書に記載されている。
【０１５３】
移転基材は、誘電材料（例えば、石英、ガラス、サファイア、窒化ケイ素、二酸化ケイ素）、伝導性材料（ケイ素、炭化ケイ素、ポリシリコン、ＩＩＩ／Ｖ族材料、金属）、およびプラスチック（例えば、ポリイミドに基づく材料）で作られていてもよい。無論、使用される移転基材のタイプは、応用に依存することになる。加えて、移転基材は、制御された切断プロセス後、切断された基材から材料の薄膜を除去するために使用することができる。
【０１５４】
特定の実施形態によるＧａＮ  ＨＢ−ＬＥＤ成長基材を製造するためのＧａＮ  ＨＢ−ＬＥＤ成長基材プロセスは、以下のように手短に概説することができる。
【０１５５】
（１）ドナーＧａＮバルク材料（金属または金属合金基材上に接合されており、任意選択でさらなる材料の層でコーティングされているＧａＮ層を含む多積層ウエハであってもよい）を準備すること、
【０１５６】
（２）粒子を、ドナーＧａＮバルク材料内の選択された深さに導入して、ＧａＮ膜の厚さを画定すること、
【０１５７】
（３）標的基材材料（材料の薄膜でコーティングされていてもよい）を準備すること、
【０１５８】
（４）打ち込まれた面を標的基材材料と結合させることにより、ドナーＧａＮバルク材料を標的基材材料に接合すること、
【０１５９】
（５）打ち込まれた領域の選択された深さにおける全体的な応力（またはエネルギー）を、切断作用を開始させずに増加させること（任意選択）、
【０１６０】
（６）接合された基材の選択された領域に応力（またはエネルギー）を提供して、制御された切断作用を選択された深さで開始させること、
【０１６１】
（７）接合された基材にさらなるエネルギーを提供して、制御された切断作用を持続させ、ドナーＧａＮバルク材料からＧａＮ膜の厚さを解放すること（任意選択）、
【０１６２】
（８）ドナーＧａＮバルク材料の標的基材との接合を完了させること、および
【０１６３】
（９）ＧａＮ膜の厚さの表面を研磨すること。
【０１６４】
上記のステップの連続は、多層基材構造の選択された領域に加えられるエネルギーを使用して、制御された切断作用を開始させ、本発明による切断先端を形成するステップを提供する。この開始ステップは、基材に加えられるエネルギー量を制限することにより、制御された様式の切断プロセスを開始させる。切断作用のさらなる伝搬は、バルク材料の選択された領域にさらなるエネルギーを提供して切断作用を持続させることにより、または開始ステップからのエネルギーを使用して切断作用のさらなる伝搬をもたらすことにより、生じさせることができる。このステップの連続は、一例に過ぎず、本明細書で規定されている特許請求の範囲を限定すべきでない。上記のステップの連続に関するさらなる詳細は、下記に記載されている。
【０１６５】
サファイアワークピースを含む置換型ＧａＮ  ＨＢ−ＬＥＤ成長基材、または高品質ＧａＮ成長表面を有する標的基材が所望である場合、絶縁膜が使用される改変接合プロセスを選択してもよい。特定の実施形態では、ＧａＮ表面およびサファイア標的基材は両方とも、二酸化ケイ素膜および／または窒化アルミニウム膜などの接合促進層でコーティングすることができる。ＧａＮドナーの場合、この酸化物膜は、所望の打ち込み深さを可能にするために、厚さが限定的であってもよい。例えば、５０ｎｍの膜であれば、ＧａＮ切断層は、２５０ｎｍから２００ｎｍへと浅くなるだろう。サファイア基材の酸化物膜厚は、良好な接合収率および素子性能を可能にする広範な値から選択することができる。サファイアワークピースの典型的な酸化物膜厚は、７５〜２００ｎｍである。ＲＦ、または反応性スパッタリングプロセス、またはプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）プロセスを使用して、１つまたは複数の膜を施すことができる。幾つかの実施形態では、絶縁膜は、スピンオンすることができる。
【０１６６】
堆積後、低温膜を処理して良好な接合性を促進してもよい。典型的な処理条件としては、高密度化焼き鈍し、ならびに凸凹および表面夾雑物を除去する洗浄／エッチング化学浴を挙げることができる。
【０１６７】
高密度化焼き鈍しは、７００〜１０００℃の不活性環境で、急速熱処理を使用する場合は、典型的には１〜１０分間にわたって、または炉の場合は３０〜６０間にわたって実施される。以下の論文、Ｃｈｏｉら、「Ｄｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｓｐｕｔｔｅｒｅｄ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｉｌｍｓ  ｂｙ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、８３巻、４号（１９９８年２月）が、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。また、ＧａＮの酸化物膜は、ＧａＮ分解を制限するキャッピング層として作用することができる。
【０１６８】
高密度化焼き鈍しは、典型的には高温で実施されるため、打ち込みステップは、水素切断平面を拡散および無効化から保護するために、焼き鈍し後に実施してもよい。
【０１６９】
サファイア基材は、置換型のサファイアに基づく成長テンプレートが所望の仕様を満たすことを可能にするように、様々な変異型であってもよい。以下は、この基材内に一体化することができる構造および選択肢の一部である。
１．低コストの片面研磨サファイア、
２．ＬＥＤ層がサファイア成長基材から除去されるレーザリフトオフバックエンドＬＥＤ製造を可能にする両面研磨サファイア、
３．ＰＳＳ（パターン化サファイア基材）と同様の、光抽出法を可能にするためのサファイア基材上の一体化パターン。接合を可能にするために、膜堆積および平坦化ステップが必要とされる場合がある。充填材の屈折率は、散乱効果が効率的に生じることを可能にするように選択することができる。窒化アルミニウムおよび二酸化ケイ素を使用してもよい。
４．平坦表面またはＰＳＳサファイア表面上に、ミラー層として作用することになる反射層を一体化すること。また、平坦化および接合により、表面が金属露出を有することが可能になれば、電気伝導性を達成することができる。
【０１７０】
選択されたエネルギー粒子を、ドナーＧａＮ材料の上部表面から、選択された深さへと打ち込んで、それにより材料の薄膜と称される材料領域の厚さを画定する。図示されているように、粒子は、選択された深さ（ｚ０）にて所望の濃度を有する。様々な技法を使用して、エネルギー粒子をドナーＧａＮ材料内に打ち込むことができる。そうした技法としては、例えば、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社、Ｅａｔｏｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社、およびＶａｒｉａｎ社などの会社により製造されたビームラインイオン打ち込み装置を使用したイオン打ち込みが挙げられる。あるいは、打ち込みは、プラズマ浸漬イオン打ち込み（「ＰＩＩＩ」）技法を使用して生じさせる。無論、使用される技法は、応用に依存する。
【０１７１】
応用に応じて、一般的には、より小さな質量粒子を選択して、材料領域に対する損傷の可能性を低減することができる。すなわち、より小さな質量粒子は、選択された深さまで基材材料を容易に通過し、粒子が通過した材料領域を実質的に損傷しない。例えば、より小さな質量粒子（またはエネルギー粒子）は、ほとんどあらゆる荷電（例えば、正または負）および／もしくは中性の原子もしくは分子、または電子などであってもよい。特定の実施形態では、粒子は、水素およびその同位体のイオン、ヘリウムおよびその同位体ならびにネオンなどの希ガスイオンを含む、中性および／または荷電粒子であってもよい。また、粒子は、ガス、例えば、水素ガス、水蒸気、メタン、および他の水素化合物などの化合物に由来してもよく、他の軽原子質量粒子であってもよい。あるいは、粒子は、上記の粒子、および／またはイオン、および／または分子種、および／または原子種の任意の組合せであってもよい。
【０１７２】
ある実施形態によるプロセスでは、打ち込まれたドナーＧａＮ材料をワークピースまたは標的基材と結合させるステップが使用される。また、ワークピースは、誘電材料（例えば、石英、ガラス、サファイア、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化アルミニウム）、伝導性材料（ケイ素、ポリシリコン、ＩＩＩ／Ｖ族材料、金属）、およびプラスチック（例えば、ポリイミドに基づく材料）で作られているものなど、様々な他のタイプの基材であってもよい。しかしながら、本例では、ワークピースは、ＣＴＥ一致金属ウエハである。
【０１７３】
特定の実施形態では、ＧａＮおよび標的基材は、低温熱ステップを使用して、共に結合または融合される。低温熱プロセスは、一般的には、打ち込み粒子が、材料領域に過度の応力をもたらさないことを保証する。過度の応力は、制御されない切断作用をもたらす場合がある。１つの態様では、低温接合プロセスは、自己接合プロセスにより生じる。特に、１つのウエハを削り取って、そこから酸化を除去する（または、１つのウエハは酸化されていない）。清浄溶液でウエハの表面を処理して、ウエハ表面にＯ−Ｈ結合を形成する。ウエハを洗浄にするために使用される溶液の一例は、Ｈ2Ｏ2−−Ｈ2ＳＯ4の混合物である。乾燥器でウエハ表面を乾燥させて、ウエハ表面から一切の残留液体または粒子を除去する。自己接合は、酸化ウエハの面に対して、洗浄したウエハの面を押し付けることにより生じる。
【０１７４】
あるいは、自己接合プロセスは、プラズマ洗浄により接合しようとするウエハ表面の一方を活性化することにより生じる。特に、プラズマ洗浄では、アルゴン、アンモニア、ネオン、水蒸気、窒素、および酸素などのガスに由来するプラズマを使用してウエハ表面を活性化する。活性化されたウエハ表面を、その上に酸化の被膜を有する別のウエハの面に対して押し付ける。ウエハは、露出したウエハ面を有するサンドウィッチ構造になる。選択された量の圧力をウエハの各露出面に印加して、一方のウエハを他方のウエハに自己接合させる。
【０１７５】
あるいは、ウエハ表面上に配置された接着剤を使用して、一方のウエハを他方のウエハと接合する。接着剤としては、エポキシおよびポリイミドタイプの材料などが挙げられる。スピンオンガラス層を使用して、１つのウエハ表面を別のウエハ表面と接合することができる。こうしたスピンオンガラス（「ＳＯＧ」）材料としては、中でも、シロキサンまたはケイ酸塩が挙げられる。それらは、アルコールに基づく溶媒などと混合されていることが多い。ＳＯＧは、ウエハの表面に施した後でＳＯＧを硬化させるために必要とされることが多い温度が低いため（例えば、１５０〜２５０℃）、望ましい材料であり得る。
【０１７６】
あるいは、様々な他の低温技法を使用して、ドナーＧａＮ材料を標的基材と結合することができる。例えば、静電接合技法を使用して、２つを共に結合することができる。特に、一方または両方のウエハ表面を荷電させて、他方のウエハ表面に引きつける。加えて、ドナーＧａＮ材料を、熱圧着接合などの様々な一般に公知の技法を使用して、標的基材と融合させることができる。無論、使用される技法は、応用に依存する。
【０１７７】
ウエハを接合してサンドウィッチ構造にした後、本方法は、制御された切断作用により基材を除去して、標的基材上の界面層を覆う基材材料の薄膜を提供することを含む。制御された切断は、ドナーおよび／または標的ウエハに対する選択的なエネルギー配置またはエネルギー供給源の位置決めもしくは標的化により生じる。例えば、エネルギーインパルスを使用して、切断作用を開始させることができる。インパルス（複数可）は、エネルギー供給源を使用して提供される。エネルギー供給源としては、中でも、機械的供給源、化学的供給源、熱シンクまたは供給源、および電気的供給源が挙げられる。
【０１７８】
制御された切断作用は、以前に示されている技法などのいずれかにより開始される。例えば、制御された切断作用を開始させるためのプロセスでは、基材の選択された領域にエネルギーを提供して、基材の選択された深さ（ｚ０）にて制御された切断作用を開始させるステップであり、切断プロセスは、切断先端を伝搬させて、基材材料の部分を解放し、基材から除去することにより行われるステップが使用される。特定の実施形態では、以前に示されているように、本方法では、単一のインパルスを使用して、切断作用を開始させる。あるいは、本方法では、基材の選択された領域に対して開始インパルスが使用され、その後、別のインパルスまたは連続インパルスが使用される。あるいは、本方法は、インパルスを提供して切断作用を開始させ、切断作用は、基材に沿った走査エネルギーにより持続される。あるいは、基材の選択された領域にわたってエネルギーを走査して、制御された切断作用を開始および／または持続させる。
【０１７９】
任意選択で、基材材料のエネルギーまたは応力を、切断作用の開始に必要だが、インパルスまたは複数の連続インパルスを本発明による基材に対して向ける前に切断作用を開始させるには不十分なエネルギーレベルに向けて増加させる。基材の全体的なエネルギー状態は、化学的、機械的、熱的（シンクまたは供給源）、または電気的などの様々な供給源を単独でまたは組み合わせて使用して、上昇または下降させることができる。化学的供給源としては、粒子、流体、ガス、または液体を挙げることができる。また、こうした供給源としては、材料領域の応力を増加させるための化学反応を挙げることができる。化学的供給源は、溢流で、時間変化的に、空間変化的に、または連続的に導入される。他の実施形態では、機械的供給源は、回転、移行、圧縮、膨張、または超音波エネルギーに由来する。機械的供給源は、溢流で、時間変化的に、空間変化的に、または連続的に導入されてもよい。さらなる実施形態では、電気的供給源は、印加電圧または印加電磁場から選択され、それは、溢流で、時間変化的に、空間変化的に、または連続的に導入される。またさらなる実施形態では、熱供給源または熱シンクは、放射、対流、または伝導から選択される。この熱供給源は、中でも、光子線、流体ジェット、液体ジェット、ガスジェット、電／磁場、電子ビーム、熱電加熱、および炉から選択することができる。熱シンクは、流体ジェット、液体ジェット、ガスジェット、低温流体、過冷却液体、熱電冷却手段、および電／磁場などから選択することができる。以前の実施形態と同様に、熱供給源は、溢流で、時間変化的に、空間変化的に、または連続的に適用される。またさらに、上記の実施形態はいずれも、応用に応じて、組み合わせることができ、または分離することさえできる。無論、使用される供給源のタイプは、応用に依存する。なお、全体的な供給源は、エネルギーを提供して制御された切断作用を開始させる前に、材料領域のエネルギーまたは応力のレベルを、材料領域の切断作用を開始させずに増加させる。
【０１８０】
一実施形態では、本方法は、粒子を基材内に導入する温度未満の温度を維持する。幾つかの実施形態では、基材温度は、切断作用の伝搬を開始させるエネルギーを導入するステップ中、−２００〜４５０℃に維持される。また、基材温度は、４００℃未満の温度で維持してもよい。ある実施形態では、本方法では、全体的な熱供給源および機械的供給源を使用して、切断作用を開始および維持する。
【０１８１】
最終接合ステップは、幾つかの実施形態によると、標的基材と材料領域の薄膜との間で生じる。１つの実施形態では、一方の金属ウエハは、材料の薄膜を切断する前に面を覆うように堆積されている、銅の接合層を含む金属および伝導性材料の上部層を有する。銅層は、様々な他の技法、例えばスパッタリングを使用して形成することもできる。ウエハ表面間の銅層は、熱圧着接合を使用して共に融合される。銅間接合のための典型的な熱圧着プロセスは、（ｉ）１００〜４００Ｃの温度、（ｉｉ）０．５〜１ＭＰａの圧力、および（ｉｉｉ）正確な条件に応じて、数分から数時間までのプロセス時間である。
【０１８２】
ある条件下では、ドナーと標的基材との銅厚比を５０／５０から、切断平面のできるだけ近くへと接合層を移動させて切断開始を容易にするためにドナー銅厚が最小限になる比へと変化させることが有利であり得る。例えば、１ｕｍ／１ｕｍ銅熱圧着接合層を、０．２５ｕｍ／２ｕｍ（ドナーＣｕ厚／標的基材Ｃｕ厚）になるように再設計して、接合界面を、ドナー材料表面から約０．２５ｕｍ移動させることができる。Ａｎｓｙｓシミュレーションを使用すると、切断伝搬中の基準構成の開始モーメント−エネルギーカップリングは、２５％から３１％へと向上する（接合界面は、切断界面と一致する）。
【０１８３】
ある実施形態による開始エネルギーを低減するための別の方法は、接合前に、開始区域と一致するドナーバルク材料の限定的な縁端区域を除去または「掘る」ことを含むだろう。これにより、切断平面での縁端開始エネルギーを２〜３倍増加させることができる。この結果および向上は、Ａｎｓｙｓ有限分析シミュレーションを使用することにより確認した。
【０１８４】
ＧａＮ材料の膜の剥離表面は粗く、仕上げを必要とする場合がある。仕上げは、研削および／または研摩技法の組合せを使用して生じさせる。
幾つかの実施形態では、剥離表面は、例えば、剥離表面の下層で研磨材料を回転させて、あらゆる欠陥またはそれに由来する表面粗さを除去する技法などを使用したラッピングおよび研磨ステップを受ける。グラスゴー、スコットランド（英国）のＬｏｇｉｔｅｃｈ  Ｌｉｍｉｔｅｄ社と呼ばれる会社製の「ＰＭ５  ｌａｐｐｉｎｇ＆ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ」などの機械は、この技法を提供することができる。
【０１８５】
あるいは、化学機械的研磨または平坦化（「ＣＭＰ」）技法により、膜の剥離表面を仕上げる。ＣＭＰでは、回転プラテンに取り付けられている研磨表面に、スラリー混合物を直接滴下する。このスラリー混合物は、スラリー供給源と接続されているシュートにより研磨表面へと移送することができる。スラリーは、アルミナ研磨材粒子および酸化体、例えば次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＯＣｌ）またはアルカリコロイドシリカを含有する溶液であることが多く、Ｌｏｇｉｔｅｃｈ  Ｌｉｍｉｔｅｄ社により、ＳＦ１またはＣｈｅｍｌｏｘという商標名で販売されている。研磨材は、酸化アルミニウム、三酸化アルミニウム、非晶質シリカ、炭化ケイ素、ダイヤモンド粉末、およびそれらの任意の混合物であることが多い。この研磨材は、脱イオン水および酸化体などの溶液に混合されている。この溶液は、酸性であってもよい。
【０１８６】
この酸性溶液は、一般的には、研磨プロセス中、ウエハの窒化ガリウム材料と相互作用する。研磨プロセスでは、好ましくは、非常に硬質のポリウレタン研磨パッドが使用される。この研磨パッドの一例は、Ｒｏｄｅｌ社により製作され、ＩＣ−１０００の商標名で販売されているものである。研磨パッドを、選択された速度で回転させる。膜を有する標的ウエハを保持するキャリアヘッドは、選択された力が膜に加えられるように、標的ウエハの裏側に選択された量の圧力を加える。研磨プロセスは、選択されたおおよその量の膜材料を除去し、その後の処理のために比較的平滑な膜表面を提供する。Ｎ面ＧａＮまたはＧａ面ＧａＮのいずれを研磨するかに応じて、それに応じた好適な研磨材粒子サイズを有するスラリーおよび研磨パッドを使用することができる。例として、コロイドシリカをＮ面に使用してもよく、次亜塩素酸ナトリウムをＧａ面に使用してもよい。
【０１８７】
研摩以外におよび／または研磨に加えて、高品質単結晶ＧａＮバルク基材からワークピースへと移転された後で、ＧａＮ層の表面状態を調製するために使用することができる幾つかの他の表面調製選択肢が存在する。この表面調製の目的は、打ち込みまたは切断ステップにより損なわれるかまたは損傷を受ける場合がある移転されたＧａＮ層の結晶品質を回復させることである。
ａ．二酸化ケイ素またはＡｌＮなどの保護キャップを用いてまたは用いずに、炉内で熱焼き鈍しすること。このキャップは、焼き鈍し温度および周囲気体条件の場合に必要である。
ｂ．１気圧窒素雰囲気中のＧａＮの場合、ＧａＮの分解温度は、８００〜９００℃と低い場合がある。キャップ層が使用される場合、ＧａＮ結晶分解を起こさない焼き鈍し温度は、かなりより高い場合がある。
ｃ．損傷を受けた表面領域を除去し、高品質エピタキシャル成長を可能にするために、プラズマ乾式エッチングして、ＧａＮ表面の限定的な厚さを除去すること。
ｄ．損傷を受けた表面領域を除去し、高品質エピタキシャル成長を可能にするために、湿式化学エッチングして、ＧａＮ表面の限定的な厚さを除去すること。
ｅ．エピタキシャルＧａＮ成長の前に、ＭＯＣＶＤ反応器中で焼き鈍しおよびエッチングすること。これは、ＭＯＣＶＤ反応器の原位置で実施することができること以外は、上記ａと同様の技法である。
無論、その後のエピタキシャル成長ステップが十分な品質のＧａＮ結晶をもたらす場合、事前の表面調製を行わずに切断したままのＧａＮ表面を使用することも可能である。本明細書および図で参照される場合、用語「研磨する」は、ある種の表面処理を指し、特定の実施形態に応じて、研磨することを含んでいてもよく、または含んでいてもよい。
【０１８８】
上記の記載は、ドナーＧａＮバルク材料に関してであるが、他のものも使用することができる。例えば、ドナーは、ほとんどあらゆる単結晶、多結晶、または非晶質タイプの基材でさえ作ることができる。加えて、ドナーは、サファイア、ヒ化ガリウムなどのＩＩＩ／Ｖ材料、またはケイ素および炭化ケイ素などのＩＶ族材料で作られていてもよい。また、多層基材を、本発明に従って使用することができる。多層基材としては、ＧａＮ層基材、半導体基材上の様々なサンドウィッチ層、および多数の他のタイプの基材が挙げられる。加えて、上記の実施形態は、概して、制御された切断作用を開始するためのエネルギーのパルスを提供することに関してであった。パルスは、基材の選択された領域にわたって走査され、制御された切断作用を開始させるエネルギーと置き換えることができる。また、基材の選択された領域にわたってエネルギーを走査して、制御された切断作用を開始および／または持続させることができる。当業者であれば、本発明に従って使用することができる様々な代替、改変、および変異を認識するだろう。
【０１８９】
別の実施形態では、ヘテロエピタキシャル成長シード層としての役目を果たすことができる単結晶膜の膜を付着してもよい。付着は、標的基材上に薄い結晶性金属膜のフレームを設置し、周囲の膜を切断することにより生じさせることができる。その後、熱処理などにより膜を恒久化することができる。ＧａＮヘテロエピタキシャル成長用の金属単結晶膜の例は、ＡｌＮおよびＨｆＮなどの緩衝層が使用されるＣｕ（１１１）＆（１１０）、Ｍｏ（１１１）＆（１１０）である。Ａｇなどの他の金属も、ＧａＮ成長のシード層として研究されている。こうした金属は展性特性を有するため、幾つかの場合、負の格子不整合（金属格子面間隔＜ＧａＮ格子面間隔）は、標的基材上にマウントする前に膜を伸展させることにより対処することができる。
【０１９０】
結論として、少なくとも以下の変法は、特定の実施形態の範囲内に入ることが留意される。ある実施形態では、切断を増強するための裏当て技術を含む、種々の下層基材および反射層／障壁層／封入層を使用することができる。幾つかの実施形態によると、ドナーは、ＧａＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ、または他の半導体材料を含むことができる。切断後に、さらなる成長のために材料を研磨／調製してもよい。
【０１９１】
１Ａ．ＧａＮを含み、打ち込み粒子により形成される切断領域を有し、切断領域の上方にＧａＮシード層が存在するドナーを提供すること、
ドナーを基材と接合すること、
ドナーを切断領域に沿って分離して、ＧａＮシード層を有する基材を生成すること、
エピタキシャル成長技法を使用して、ＧａＮシード層の上にさらなるＧａＮを形成すること
を含む方法。
【０１９２】
２Ａ．エピタキシャル成長技法は、液相エピタキシー（ＬＰＥ）を含む、条項１Ａに記載の方法。
【０１９３】
３Ａ．エピタキシャル成長技法は、気相エピタキシーを含む、条項１Ａに記載の方法。
【０１９４】
４Ａ．気相成長技法は、水素化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）を含む、条項３Ａに記載の方法。
【０１９５】
５Ａ．気相成長技法は、金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）を含む、条項３Ａに記載の方法。
【０１９６】
６Ａ．基材は、ＡｌＮを含む、条項１Ａに記載の方法。
【０１９７】
７Ａ．基材は、ムライトを含む、条項１Ａに記載の方法。
【０１９８】
８Ａ．基材は、モリブデンを含む、条項１Ａに記載の方法。
【０１９９】
９Ａ．基材は、タングステンを含む、条項１Ａに記載の方法。
【０２００】
１０Ａ．さらなるＧａＮをオプトエレクトロニクス素子に組み込むことをさらに含む、条項１Ａに記載の方法。
【０２０１】
１１Ａ．シード層は、約１００〜５０００ｎｍの厚さを有し、さらなるＧａＮは、約０．２〜１０ｃｍの厚さを有する、条項１Ａに記載の方法。
【０２０２】
１２Ａ．シード層は、約０．５〜２ｕｍの厚さを有し、さらなるＧａＮは、約０．５〜２ｃｍの厚さを有する、条項１Ａに記載の方法。
【０２０３】
１３Ａ．シード層は、約０．５〜１ｕｍの厚さを有し、さらなるＧａＮは、約０．５〜１ｃｍの厚さを有する、条項１Ａに記載の方法。
【０２０４】
１４Ａ．ＧａＮシード層は、非極性ＧａＮを含む、条項１Ａに記載の方法。
【０２０５】
１５Ａ．ＧａＮシード層は、半極性ＧａＮを含む、条項１Ａに記載の方法。
【０２０６】
１６Ａ．ＧａＮシード層は、極性ＧａＮを含む、条項１Ａに記載の方法。
【０２０７】
１７Ａ．さらなるＧａＮは、極性ＧａＮのＧａ面から成長する、条項１６Ａに記載の方法。
【０２０８】
１８Ａ．さらなるＧａＮは、極性ＧａＮのＮ面から成長する、条項１６Ａに記載の方法。
【０２０９】
上記は、特定の実施形態の詳細な記載であるが、種々の改変、代替構造、および等価物を使用することができる。上記は、選択されたステップの連続を使用して記載されているが、記載されているステップの任意の要素の任意の組合せなどを使用することができる。加えて、実施形態に応じて、あるステップを、組み合わせることができ、および／または省略することができる。さらに、代替的な実施形態によると、変更された線量および／または切断特性での切断平面の形成を可能にするために、水素の粒子の代わりに、ヘリウムおよび水素イオンまたは重水素および水素イオンの同時打ち込みを使用することができる。またさらに、粒子は、打ち込みプロセスではなく、拡散プロセスで導入することができる。無論、他の変法、改変、および代替が存在していてもよい。したがって、上記の記載および図示は、添付の特許請求の範囲により規定されている本発明の範囲を限定するものとは解釈されるべきではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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