Die Trennung der Halbleiterschicht
von dem Substrat kann beispielsweise durch Laserablösen, wie
in der Druckschrift
WO 98/14986 beschrieben, erfolgen.
Dabei wird die für
die Ablösung
von GaN- und GaInN-Schichten von einem Saphirsubstrat die frequenzverdreifachte
Strahlung eines Q-switch Nd:YAG-Lasers
bei 355 nm verwendet. Das Saphirsubstrat ist für Strahlung dieser Wellenlänge transparent.
Die Strahlungsenergie wird in einer etwa 100 nm dicken Grenzschicht
am Übergang
zwischen dem Saphirsubstrat und der GaN-Halbleiterschicht absorbiert.
Bei Pulsenergien oberhalb von 200 mJ/cm
2 werden
an der Grenzfläche
Temperaturen von mehr als 850 °C
erreicht. Die GaN-Grenzschicht zersetzt sich bei dieser Temperatur
un ter Freisetzung von Stickstoff, die Bindung zwischen der Halbleiterschicht und
dem Substrat wird getrennt.
Der Träger dient zur Stabilisierung
der dünnen
Halbleiterschicht nach der Trennung vom Wachstumssubstrat, da die
Schichtdicke der Halbleiterschicht in der Regel so gering ist, daß ansonsten die
Gefahr einer Beschädigung
der Halbleiterschicht besteht.
Bei dem bekannten Verfahren des Laserablösens dünnen Halbleiterschichten
besteht die Gefahr, daß bei
der Ablösung
der Halbleiterschicht aufgrund unvollständiger Materialzersetzung Reste
des Substratmaterials an der Halbleiterschicht haften bleiben. So
wurden Saphirkörner
mit einem Durchmesser zwischen 5 μm
und 100 μm
auf GaN-Schichten gefunden, die in der beschriebenen Weise von Saphirsubraten
abgelöst
wurden. Diese Rückstände müssen für die weitere
Verarbeitung der GaN-Schichten
aufwendig entfernt werden, oder es wird nur ein Teil der GaN-Schicht
für die
Prozessierung von Chips verwendet.
Hier setzt die Erfindung an. Der
Erfindung, wie sie in den Ansprüchen
gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes
Herstellungsverfahren für
Halbleiterchips anzugeben, bei dem eine auf einem Substrat aufgewachsene
Halbleiterschicht auf einen Träger
aufgebracht wird und von dem Substrat durch Bestrahlen mit einem
gepulsten Laserstrahl getrennt wird.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach
Anspruch 1 gelöst.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 23.
Erfindungsgemäß ist bei einem Verfahren der
eingangs genannten Art vorgesehen, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient
des Trägers
aT abgestimmt auf das Strahlungsprofil und
die Pulslänge
der Laserstrahlpulse und auf den thermischen Aus dehnungskoeffizienten
der Halbleiterschicht aHL und den thermischen
Ausdehnungskoeffizienten aS des Substrats
gewählt
wird. Dadurch können
Verspannungen zwischen Substrat, Halbleiterschicht und Träger während der
Herstellung deutlich reduziert werden. Die Gefahr von Rißbildungen
im Träger oder
in der Halbleiterschicht wird damit stark herabgesetzt.
Die Erfindung baut dabei auf der
Beobachtung der gegenwärtigen
Erfinder auf, dass sich die Spotprofile der zur Ablösung der
Halbleiterschichten verwendeten Laserpulse oft nach dem Laserbeschuß auf der
Halbleiteroberfläche
erkennen lassen. Im Fall der Ablösung
von GaN-Halbleiterschichten bleibt etwa nach der Dissoziation des
GaN metallisches Gallium auf der Oberfläche zurück. Untersuchungen der Erfinder
ergaben weiter, daß an
den Rändern
der Laserspots Risse im GaN-Material entstehen, die bei einer weiteren
Prozessierung des Materials zum lokalen Abplatzen der Halbleiterschicht
von dem darunterliegenden Träger
führen.
Es wurde nun gefunden, daß hierfür vor allem
thermische Effekte verantwortlich sind. Um etwa bei einer GaN-Halbleiterschicht
eine Dissoziation des GaN zu erreichen, müssen lokal Temperaturen von etwa
800 °C bis
1000 °C
in der Halbleiterschicht erreicht werden. Fällt die Energiedichte am Rand
des Laserspots stark ab, so können
im Inneren des Laserspots die für
die Ablösung
erforderlichen Temperaturen erreicht werden, während das Halbleitermaterial
in unmittelbarer Umgebung des Laserspots vergleichsweise kalt bleibt.
Zwar fallen die an der GaN-Oberfläche erreichten
Temperaturen über
die Schichtdicke der Halbleiterschicht deutlich ab, doch werden
an der Trägerseite
der Halbleiterschicht im Bereich des Laserspots noch Temperaturen
von bis zu 400 °C
erreicht. Somit entstehen aufgrund der lokal unterschiedlichen Temperaturen
im Laserspot und außerhalb
des Spots sowohl in der Halbleiterschicht als auch im Träger aufgrund
der im allgemeinen unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des
Halbleitermaterials und des Trägermaterials
Zugverspannungen, die zur beobachteten Ausbildung von Rissen im
Halbleitermaterial an den Laserspoträndern führen können.
Bei der weiteren Prozessierung von
derartigen mit Rissen versehenen Halbleiterschichten entsteht beispielsweise
das Problem, daß Säure entlang der
Risse unter die Halbleiterschicht kriechen und dort etwa eine Bondmetallisierung
zerstört.
Nach der Erfindung werden nun spezielle,
in ihren thermischen Eigenschaften adaptierte Trägermaterialien verwendet. Dabei
werden für
die Wahl des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Trägers aT insbesondere zwei Prozeßschritte in Betracht gezogen:
- 1) Der Bondprozeß:
Beim Bondprozeß wird
das Substrat mit der darauf epitaxierten Halbleiterschicht zusammen
mit dem Träger
ganzflächig
auf eine Temperatur von typischerweise etwa 400 °C aufgeheizt und anschließend wieder
allmählich
auf Zimmertemperatur abgekühlt.
In diesem Schritt ist der Verspannungshaushalt des Schichtpakets
Substrat/Halbleiterschicht/Träger
im wesentlichen durch das Substrat und den Träger bestimmt. Weichen die thermischen Ausdehnungskoeffizienten
von Substrat und Träger, aS und aT, zu stark
voneinander ab, so kann sich das Schichtpaket beim Abkühlen verbiegen.
Es können sich
auch Risse im Träger
bilden, so daß das
entstehende Chip keine ausreichende Stabilität mehr aufweist.
Dieses
Problem ist in der 1 illustriert.
Bei dem dort schematisch dargestellten Waferpaket 10 ist eine
GaN-Halbleiterschicht 14 auf
einem Saphirsubstrat 12 aufgewachsen. Die von dem Substrat 12 abgewandte
Seite der Halbleiterschicht 14 ist mit einer Kontaktmetallisierung 16 versehen.
Auf der Kontaktmetallisierung 16 ist als Träger ein
Bondwafer 18 bei einer Temperatur von etwa 400 °C aufgelötet. Ist
nun der thermische Ausdehnungskoeffizient aT des
Trägers
wesentlich kleiner als der thermische Ausdehnungskoeffizient as des Saphirsubstrats, so können sich
bei diesem Bondschritt Risse 20 im Bondwafer 18 bilden.
- 2) Der Laserbeschuß:
Bei diesem Prozeßschritt
wird das Halbleitermaterial innerhalb des Laserspots lokal auf eine
Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Halbleitermaterials
aufgeheizt, während das
Substratmaterial aufgrund seiner vernachlässigbaren Absorption der Laserstrahlung
kalt bleibt. Da durch den Laserbeschuß die Bindung zwischen dem Halbleitermaterial
und dem Substrat durch Dissoziation aufgehoben wird, bestimmt der
Unterschied der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Halbleiterschicht
und Träger,
aHL und aT, den
Verspannungshaushalt im Schichtpaket. Bei großem Unterschied zwischen aHL und aT können Zugverspannungen
entstehen, die zur Rissbildung im Halbleitermaterial an den Stellen
der Spotränder
führen
können.
2 erläutert die
Problematik wieder für
die Ablösung
einer GaN-Schicht 14 von einem Saphirsubstrat 12.
Bei Beschuß des
Waferpakets 10 mit kurzen Laserpulsen 22 eines
Excimerlasers wird die Laserstrahlung in einem grenznahen Bereich 24 der GaN-Schicht 14 absorbiert
und erzeugt dort Temperaturen von 800 °C bis 1000 °C. Auf der dem Substrat abgewandeten
Seite der Halbleiterschicht 14 und im angrenzenden Bereich 26 werden
noch Temperaturen bis zu etwa 400 °C erreicht. Außerhalb
des Laserspots bleibt die GaN-Schicht 14 und die Bondmetallschicht 16 vergleichsweise
kalt. Die Temperatur in den unmittelbar an den Laserspot angrenzenden
Bereichen 28 und 30 liegt typischerweise deutlich
unterhalb von 300 °C.
Bei Bestehen stark unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten
zwischen der GaN-Schicht 14 und dem Material des Bondwafers 18 können so
Risse 32 in der epitaktischen GaN-Schicht 14 entstehen.
Um Rissbildungen im Träger und
in der Epischicht zu vermeiden, muß daher ein Trägermaterial gewählt werden,
dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient aT sich
weder von dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats
aS noch von dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten
der Halbleiterschicht aHL zu stark unterscheidet.
In die Wahl eines geeigneten thermischen Ausdehnungskoeffizienten
aT geht auch, wie weiter unten ausführlich geschildert,
das Strahlungsprofil und die Pulslänge der Laserstrahlung ein.
Insbesondere ist in einer bevorzugten
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
vorgesehen, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des Trägers aT näher
an dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Halbleiterschicht
aHL als an dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten
aS des Substrats gewählt wird. Mit einer derartigen
Wahl kann die Ausbildung von Rissen in der Halbleiterschicht wirkungsvoll
reduziert oder ganz vermieden werden.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn
sich der thermische Ausdehnungskoeffizient des Trägers aT um 45% oder weniger, bevorzugt um 40% oder
weniger von dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten aS des
Substrats unterscheidet. Insbesondere ist für ein Saphirsubstrat mit a(Al2O3)
= 7,5·10-6 K-
1
ein
Trägermaterial
bevorzugt, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient aT zwar
unterhalb von a(Al2O3)
liegt, aber größer als
4,125·10-6K-
1,
insbesondere größer als
4,5·10-6K-
1 ist.
Mit Bezug auf die thermischen Eigenschaften
der Halbleiterschicht ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn sich der
thermische Ausdehnungskoeffizient des Trägers aT um
35% oder weniger, bevorzugt von 25% oder weniger von dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten
aHL der Halbleiterschicht unterscheidet.
Insbesondere bei Ablösung
einer GaN-basierten Halbleiterschicht mit
a(GaN)
= 4,3·10-6K-
1
ist
ein Trägermaterial
bevorzugt, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient aT zwar
oberhalb von a(GaN) liegt, aber kleiner als 5,8·10-6K-
1, insbesondere
kleiner als 5,6·10-6 K-
1 ist.
Für
die Ablösung
einer GaN- oder GaInN-Schicht von einem Saphirsubstrat ist somit ein
Träger
mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen 4,125·10-6K-
1 und
5,8·10-6 K-
1,
insbesondere zwischen 4,5·10-6K-
1 und
5,6·10-6K-
1 besonders
gut geeignet.
Bei einer derartigen Wahl des thermischen Ausdehnungskoeffizienten
aT kann für die Trennung der Halbleiterschicht
von dem Substrat eine große Pulslänge der
Laserstrahlpulse, insbesondere eine Pulslänge größer als 15 ns gewählt werden,
ohne dass sich eine Rißbildung
in der Halbleiterschicht ergibt.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
umfaßt
der Träger
Molybdän.
Molybdän
weist mit a(Mo) = 5,21·10-6K-
1
einen
thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, der deutlich näher an a(GaN)
liegt, als etwa GaAs mit a(GaAs) = 6,4·10-6 K-
1. Bei dem Waferpaket
Molybdän-Bondwafer/GaN-Halbleiterschicht/Saphir-Substrat
ist die vorgenannte Problematik der Rißbildung beim Laserbeschuß deutlich
reduziert. Molybdän
ist zudem stabil genug, so daß beim
Bonden oder beim Abkühlen
von der Bondtemperatur auf Zimmertemperatur keine Risse entstehen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
umfaßt
der Träger
eine Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung,
die mit
a(Fe-Ni-Co) = 5,1·10-6K-
1
ebenfalls
einen günstigen
thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Auch Wolfram, mit a(Wo) = 4,7·10-6K-
1
hat
sich als vorteilhaftes Material für den Träger herausgestellt. Dabei sind
die metallischen Trägermaterialien
aufgrund ihrer Zähigkeit
während
des Bondprozesses und während
des Abkühlens
auf Zimmertemperatur kaum rißempfindlich.
Es ist im Rahmen der Erfindung auch
möglich,
bei der Auswahl des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Trägers eine
größere Toleranz
bezogen auf den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Halbleiterschicht
zuzulassen, wenn kürzere Laserpulse
verwendet werden. So kann sich nach der Erfindung der thermische
Ausdehnungskoeffizient des Trägers
aT um 35% oder mehr von dem thermischen
Ausdehnungskoeffizienten aHL der Halbleiterschicht
unterscheiden, wenn für
die Trennung der Halbleiterschicht von dem Substrat eine kleine
Pulslänge
der Laserstrahlpulse, insbesondere eine Pulslänge kleiner als etwa 15 ns
gewählt
wird. Dies gestattet insbesondere die Verwendung eines GaAs-Bondwafers
mit a(GaAs) = 6,4·10-6K-
1 bei
kurzen Pulsdauern.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist vorgesehen, daß die
Laserstahlpulse ein planes räumliches
Strahlungsprofil, insbesondere ein rechteckartiges oder trapezartiges
räumliches
Strahlungsprofil mit einem zentralen Plateau aufweisen. Dabei ist
unter einem planen räumlichen
Strahlungsprofil eine Intensitätsverteilung
des Laserstrahls zu verstehen, bei der sich an einen zentralen Bereich
mit im wesentlichen konstanter Intensität jeweils steile Flanken mit
rasch abfallender Intensität
anschließen.
Die relative Schwankung der Strahlintensität im zentralen Bereich ist
vorzugsweise geringer als 5 Prozent. Durch ein solches Strahlprofil
wird die Anzahl der Substratrückstände gegenüber herkömmlichen
Ablöseverfahren
deutlich verringert.
Es versteht sich, daß das Verfahren
Maßnahmen
zur Verbesserung der Strahlqualität, wie etwa einen nachgeschalteten
Strahlhomogenisierer vorsehen kann.
Werden Laserpulse mit einem Strahlprofil verwendet,
das an den Rändern
einen weniger abrupten Abfall der Intensität aufweist, können weniger strenge
Anforderungen an die thermischen Eigenschaften des Trägermaterials
gestellt werden, da die Verspannungskräfte im Schichtpaket dann geringer ausfallen.
Bevorzugt wird erfindungsgemäß zur Erzeugung
der Laserstahlpulse ein Excimer-Laser, insbesondere mit XeF, XeBr,
XeCl, KrCl oder KrF als laseraktivem Medium eingesetzt. Excimerlaser
weisen aufgrund der hohen Verstärkung
und der Resonatorgeometrie ein für
die Erfindung gut geeignetes planes Strahlungsprofil auf. Auch ist
die Emissionswellenlänge
zwischen 200 nm und 400 nm für
die Ablösung von
Nitrid-Verbindungshalbleitern
gut geeignet.
Bei Halbleiterschichten mit größerer lateraler Ausdehnung
kann es vorteilhaft sein, zur Trennung der Halbleiterschicht von
dem Substrat mehrere Einzelbereiche der Halbleiterschicht nacheinander
mit Laserpulsen zu bestrahlen. Dadurch kann eine zu große Aufweitung
des Laserstrahls vermieden werden, die die Energiedichte unterhalb
die Zersetzungsschwelle für
das Halbleitermaterial sinken lassen könnte. Es versteht sich, daß sich die
Einzelbereiche mit Vorteil teilweise überlappen und zusammen die
gesamte abzulösende
Fläche
abdecken.
Das Verfahren ist besonders gut für Halbleiterschichten
anwendbar, die mindestens einen Nitrid-Verbindungshalbleiter enthalten.
Nitrid-Verbindungshalbleiter sind beispielsweise Nitridverbindungen
von Elementen der dritten und/oder fünften Hauptgruppe des Periodensystems
wie GaN, AlGaN, InGaN, AlIn-GaN,
AlN oder InN. Die Halbleiterschicht kann dabei auch eine Mehrzahl
von Einzelschichten umfassen.
Für
das epitaktische Aufwachsen von Nitrid-Verbindungshalbleiter-Schichten eignet
sich als Substrat insbesondere Silizium, Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid.
Saphirsubstrate sind für
die UV-Strahlung des Excimerlasers durchlässig, so daß die Halbleiterschichten dann
vorteilhaft durch Bestrahlung durch das Saphirsubstrat hindurch
abgelöst
werden können.
Die Halbleiterschicht wird beispielsweise
mittels eines Gold-Zinn-Lots
mit einem hohen Goldanteil von 65 bis 85 Gew-% oder mit einem Palladium-Indium-Lot
auf den Träger
gelötet.
Vor dem Aufbringen der Halbleiterschicht
auf den Träger
kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
auf die dem Substrat abgewandte Seite der Halbleiterschicht eine
Metallisierung aufgebracht werden. Die Metallisierung enthält dabei
bevorzugt Gold und/oder Platin.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Vorteil
bei Dünnschichtchips
angewandt werden, bei denen die Halbleiterschicht typischerweise
eine Dicke unterhalb von etwa 50 μm
aufweist. Der Halbleiterchip kann beispielsweise ein optoelektronischer Chip,
insbesondere ein strahlungserzeugender Chip wie eine Lumineszenzdiodenchip
sein.
Als weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
hat sich herausgestellt, daß durch
die Verwendung thermisch angepaßter
Träger
auch das Problem der unzureichenden Haftung zwischen Halbleiterschicht
und Träger
gelöst
wird, das in der Vergangenheit beispielsweise bei GaN-Epischichten auf
GaAs-Bondwafern
beobachtet wurde. Die Kontrolle des Verspannungshaushaltes im gesamten Waferpaket
nach der vorliegenden Er findung schließt auch die Bondmetallisierung
mit ein und schafft dadurch hinsichtlich der genannten Haftungsproblematik
wirkungsvoll Abhilfe.
Wie weiter oben bereits kurz erwähnt eignet sich
das Verfahren besonders bevorzugt für die Herstellung von strahlungsemittierenden
und/oder strahlungsdetektierenden Chips auf Basis von Nitrid-III-V-Verbindungshalbleitermaterial,
die insbesondere auf Saphir- oder SiC-Substraten aufgewachsen werden.
Unter die Gruppe von strahlungsemittierenden
und/oder strahlungsdetektierenden Chips auf Basis von Nitrid-III-V-Verbindungshalbleitermaterial fallen
vorliegend insbesondere solche Chips, bei denen die epitaktisch
hergestellte Halbleiterschicht, die in der Regel eine Schichtfolge
aus unterschiedlichen Einzelschichten aufweist, mindestens eine
Einzelschicht enthält,
die ein Material aus dem Nitrid-III-V-Verbindungshalbleitermaterial-System
InxAlyGal-x-yN mit 0 ≤ × ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1 aufweist. Die Halbleiterschicht
kann beispielsweise einen herkömmlichen
pn-Übergang,
eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW-Struktur) oder eine
Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW-Strukur) aufweisen. Solche Strukturen
sind dem Fachmann bekannt und werden von daher an dieser Stelle
nicht näher
erläutert.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen,
Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
und den Zeichnungen.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand
eines Ausführungsbeispiels
im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es sind jeweils nur
die für
das Verständnis
der Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt. Es zeigt
1 einen
Zwischenschritt bei der Herstellung von Halbleiterchips zur Illustration
der Problematik der Rißbildung
im Bondwafer beim Bondprozeß;
2 einen
weiteren Zwischenschritt bei der Herstellung von Halbleiterchips
zur Illustration der Problematik der Rißbildung in der Halbleiterschicht beim
Laserbeschuß;
3 in
(a) bis (c)
eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
4 in
(a) und (b)
eine schematische Darstellung der Intensitätsverteilung des in z-Richtung propagierenden
Laserstrahls bei dem in 3 gezeigten
Verfahren, jeweils entlang der x- bzw. der y-Richtung; und
5 eine
schematische Darstellung der Bestrahlungsabfolge der Oberfläche einer
abzulösenden
Halbleiterschicht mit einer Mehrzahl kissenförmiger Laserspots.
3 zeigt
eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Dabei wird zunächst
auf einem Saphirsubstrat 12 epitaktisch eine InGaN-Halbleiterschicht 14 aufgewachsen.
Die Halbleiterschicht 14 wird auf ihrer vom Substrat 12 abgewandten
Seite mit einer Kontaktmetallisierung 16 aus Gold und/oder Platin
versehen, die einen niedrigeren Kontaktwiderstand zu später anzubringenden
elektrischen Anschlüssen
sicherstellt. Dann wird ein Bondwafer 38 aus Molybdän bei einer
Fügetemperatur
von 375 °C mit
einem Lot 36 auf die Kontaktmetallisierung 16 aufgelötet. Als
Lot 36 wird im Ausführungsbeispiel
ein Gold-Zink-Lot mit einem Goldanteil von 75 Gew% verwendet, das
sich durch hohe Stabilität
auszeichnet. Diese Situation ist in der 3(a) dargestellt.
Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des
Bondwafers a(Mo) = 5,21·10-6K-
1 und
des Saphirsubstrats a(Al2O3)
= 7,5·10-6 K-
1 liegen
relativ nahe beieinander. Darüber
hinaus ist Molybdän
zäh genug,
so daß beim
Bonden und beim Abkühlen
von der Bondtemperatur auf Zimmertemperatur keine Risse im Molybdänwafer 38 entstehen.
In einem nachfolgenden Schritt wird
die Grenzfläche
von Halbleiterschicht 14 und Saphirsubstrat 12 mit
einem gepulsten Laserstrahl 40 eines XeF-Excimer-Lasers
mit einer Wellenlänge
von 351 nm und einer Pulsdauer von 25 ns bestrahlt ( 3(b)). Während das Saphirsubstrat 12 für Strahlung
dieser Wellenlänge
transparent ist, wird sie in der InGaN-Halbleiterschicht 14 stark
absorbiert. Eine dünne
Grenzschicht am Übergang
zum Substrat 12 heizt sich durch den Energieeintrag auf
Temperaturen von 800 °C
bis 1000 °C
auf. Bei dieser Temperatur zersetzt sich das Halbleitermaterial
im Laserspot unter Freisetzung von Stickstoff und trennt die Bindung
zwischen der Halbleiterschicht 14 und dem Substrat 12 .
Nachdem die gesamte Oberfläche der
Halbleiterschicht 14 mit derartigen Laserpulsen abgerastert
und von der Substratoberfläche
getrennt wurde, kann das Saphirsubstrat 12, wie in 3(c) gezeigt, abgehoben und entfernt werden.
Um eine möglichst rückstandsfreie Abtrennung des
Saphirsubstrats 12 von der Halbleiteroberfläche zu erreichen,
werden im Ausführungsbeispiel Laserpulse
mit einem planen, fast rechteckigen räumlichen Strahlungsprofil verwendet. 4 zeigt für den in z-Richtung propagierenden
Laserstrahl der 3(b) die Intensitätsverteilung
der Strahlung im Laserspot entlang der x- Richtung (4(a))
und der y-Richtung (4(b)). Insgesamt
ergibt sich ein kissenähnliches
Laserspotprofil, wie durch jeden der Laserspots 52 der 5 angezeigt.
Die Strahlungsintensität des Laserstrahls weist
sowohl in x-, als auch in y-Richtung ein im wesentlichen konstantes
Plateau auf, an das sich jeweils Flanken schnell abfallender Intensität anschließen. Der
im Ausführungsbeispiel
verwendete XeF-Excimer-Laser
ist aufgrund der hohen Verstärkung
und der Resonatorgeometrie für
die Erzeugung eines solchen planen Laserspotprofils ausgezeichnet geeignet.
Durch die kissenartigen Laserspots
kann in der GaInN-Halbleiterschicht
beim Laserbeschuß im inneren
Bereich des Laserspots eine homogene, über der Zersetzungstemperatur
liegende Temperatur erreicht werden. Zwischen aufeinanderfolgenden Laserpulsen
wird der Laserstrahl relativ zur Oberfläche der Halbleiterschicht 14 versetzt,
bis die gesamte Oberfläche
der Halbleiterschicht zeilenweise abgerastert ist. Vier untereinanderliegende
Zeilen dieses aus einzelnen Laserspotprofilen 52 zusammengesetzten
Rasters sind in dem Ausschnitt 50 der 5 dargestellt. Benachbarte Zeilen überlappen
dabei in y-Richtung und sind in x-Richtung gegeneinander versetzt,
so daß die
Bindung zwischen der Halbleiterschicht 14 und dem Substrat 12 an
jedem Punkt der Oberfläche
aufgehoben wird.
Beim Laserbeschuß werden auf der dem Substrat
abgewandten Seite der Halbleiterschicht 14 und im angrenzenden
Bereich noch Temperaturen bis etwa 400 °C erreicht. Außerhalb
des Laserspots bleibt die Halbleiterschicht 14 und die
Metallisierung mit Temperaturen deutlich unterhalb von 300 °C vergleichsweise
kalt.
Aufgrund der aufeinander abgestimmten, nahe
beieinander liegenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Bondwafers
a(Mo) = 5,21·10-6K-
1 und
der Halbleiterschicht a(GaN) = 4,3 ·10-6K-
1, treten jedoch
keine durch diese Temperaturdifferenzen verursachten Risse im Halbleitermaterial auf.
Während
die Erfindung insbesondere mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele
gezeigt und beschrieben worden ist, ver steht sich für den Fachmann,
dass Änderungen
in Gestalt und Einzelheiten gemacht werden können, ohne von dem Gedanken
und Umfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend soll die Offenbarung
der vorliegenden Erfindung nicht einschränkend sein. Statt dessen soll
die Offenbarung der vorliegenden Erfindung den Umfang der Erfindung
veranschaulichen, der in den nachfolgenden Ansprüchen dargelegt ist.