JP2004235648A - 光電子デバイス用の半導体基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生じた放射線を反射しかつそれにより侵入する放射線の吸収を抑制する、特に光電子デバイス用の改善された半導体基板を提供すること
【解決手段】半導体基板（１）内に反射性の層状区域（３）が配置されていて、前記の層状区域（３）は半導体基板（１）内へ導入されかつその区域で層状に分配された異種材料を含有する半導体基板（１）。
【選択図】図１

Description

本発明は光電子デバイス用の半導体基板及びその製造方法に関する。

本願特許明細書は、ドイツ連邦共和国特許出願番号１０３０８６４６．３〜３３及び１０３０３９６７．８〜１１の優先権を主張し、これらの出願明細書の開示内容はこの引用により本願明細書に開示されているものとする。

放射線を発するいくつかの光学デバイスの場合、特に高効率のＬＥＤの場合に、放射線を発する構造体内で作成された光は、全ての空間方向へ放射され、それにより基板方向へも放射されるため、吸収性の基板を使用した場合に光の大部分は失われてしまうという問題がある。この問題は透明な基板を使用することにより回避することができる。しかしながら、いくつかの透明な基板の欠点は、わずかな導電性しか示さず、かつ／又は放射線を発する構造体のエピタキシャル堆積が、格子整合がないために不可能であることにある。エピタキシャル層の堆積のための格子整合がないという問題は、発せられる放射線が基板内へ侵入すること回避するために、吸収性の半導体基板の上面側に薄い層、例えば金属層を設置することにより鏡面加工する場合にも生じる。

この問題を回避する方法はUS 5,376,580から公知である。この明細書に記載された方法の場合には、放射線を発するＬＥＤ構造体をまず格子整合の成長基板上にエピタキシャル成長させ、その後、この吸収性の基板を取り除き、ウェハ貼り合わせ法を用いて良好な導電性でかつ該当する放射線に対して光学的に透明な基板と結合させる。しかしながら、この公知の方法の場合に、エピタキシャル成長させるＬＥＤ構造体は、その電気的及び光学的特性が、エピタキシャル層の結晶品質に著しく依存することは公知であり、吸収性の基板の除去の際に付加的に機械的方法工程（例えば研磨、又はポリシング等）及び／又は化学的方法工程（例えばエッチング）にさらされ、これらの方法工程が構造体を損傷させかねない。

半導体サブストレートをエピタキシャル成長させることができる光学的に透明な基板を製造し、この製造時にエピタキシャル成長した半導体構造体の機械的及び／又は化学的負荷を十分に抑制する方法は、DE 100 08 583 A1に記載されている。この明細書に記載された方法の場合には、まず最初にサブストレート層を格子整合のある基板上に成長させる。このサブストレート層を格子整合のある基板の側とは反対側に透明な基板とウェハ貼り合わせ法によって結合させる。引き続き、この格子整合のある基板を、サブストレート層と透明な基板とからなる結合体から取り除き、このサブストレート層の露出した側に放射線を発する半導体構造体をエピタキシャル成長させる。

その都度当初の基板を除去するこの公知の方法は、しかしながら比較的高い工業的コストを必要とする。さらに、透明な基板は吸収性の半導体基板よりも部分的に極めて高価であるため、吸収性の基板の使用が経済的に有利であることが多い。
US 5,376,580 DE 100 08 583 A1

従って本発明の根底をなす課題は、生じた放射線を反射しかつそれにより侵入する放射線の吸収を抑制する、特に光電子デバイス用の改善された半導体基板を提供することである。

さらに、有利にコストの安い吸収性の基板をベースとした、この製造方法を提供すべきである。

前記の課題は、本発明の場合に請求項１の特徴部に記載された半導体基板により解決される。本発明の有利な実施態様は、引用形式請求項に記載されている。請求項８には本発明による半導体基板の製造方法が記載されている。この方法の有利な実施態様は、引用形式請求項に記載されている。

本発明の場合に、この半導体基板は反射性の層状区域を有し、この区域が半導体基板内へ導入された異種材料を含有する。この反射性の層状区域は有利に半導体基板内へ異種材料を注入することにより製造される。

高い反射性を保証するために、異種材料は有利に金属、特にアルミニウム又は銀を使用する。

この半導体基板は半導体チップの製造のために適した基板であることができ、これは特にシリコン、シリコンカーバイド又はＩＩＩ−Ｖ−半導体材料を含むことができる。

異種材料を含有する層状区域を基板の内部に製造する本発明の方法において、この異種材料は基板内へ注入される。引き続き、この基板は、異種材料の少なくとも部分的な結晶化のため又はさらに単結晶層を形成させるために、温度Ｔ_２で熱処理するのが有利である。

異種材料の少なくとも部分的な結晶化のために必要な温度Ｔ_２は材料に依存するが、例えばアルミニウムについては２００℃〜１０００℃、特に約３５０℃である。

本発明の実施態様の場合には、第１の方法工程においてシリコンカーバイドを含有する層状区域を製造する。このためにシリコン基板内へ炭素を注入する。引き続き、シリコンカーバイドを含有する層状区域を作成するために、この基板を５００℃〜２０００℃、有利に約１０００℃の温度Ｔ_１で熱処理する。この熱処理は有利にＳｉ分圧の下で行う。引き続き、反射性の層状区域を形成するために用いる異種材料を、シリコンカーバイドを含有する層状区域の下方にある、半導体基板の領域内へと注入する。さらに、この異種材料の少なくとも部分的な結晶化のために他の熱処理工程を行う。

異種材料の注入の後に、シリコンカーバイドを含有する層状区域の上側にあるシリコン層は除去するか又は取り去るのが有利である。このシリコン層は、例えば湿式化学エッチングすることができ、その際に、このシリコン層は有利にエッチングの前に非晶質にするために高エネルギーイオン衝撃されているのが有利である。

次に、本発明を２つの実施例を用いて図１及び２と関連づけて詳細に説明する。

図１ａ〜ｃは、３段階による本発明による製造方法の実施例を図示していて、図１ｃでは本発明による半導体基板の実施態様が図示されている。

図２ａ〜ｅは、５段階による本発明による製造方法の実施例を図示していて、図２ｅでは本発明による半導体基板の実施態様が図示されている。

図１ａは、半導体基板１を示し、この基板１は例えばシリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）又はＩＩＩ−Ｖ−半導体、例えばＧａＡｓであることができる。この半導体基板１内へ異種材料を含有する層状区域２を注入する。この異種材料は、有利に金属、特に有利にアルミニウム又は銀である。

図１ｂに図示された熱処理工程により、異種材料を含有する多結晶の層状区域２が、少なくとも部分的に結晶性の、又はさらに単結晶の層状区域３へ変換される。異種材料を含有する層３の上方には、半導体基板１の基本材料からなる薄層４が残留する。

図１ｃに図示されているように、例えばこのように変性された半導体基板１上に、例えばエピタキシャル成長によって放射線を発する層構造体５が設けられる。例えば、この放射線を発する層構造体５は窒化物半導体を含むことができる。この窒化物半導体とは、第３主族及び／又は第５主族の元素の窒化物、特にＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＮ又はＩｎＮであると解釈される。

この層構造体５から半導体基板方向に発せられる放射線は、異種材料を含有する層状区域３で反射される。異種材料を含有する層状区域３の上方に存在する、半導体基板１の出発材料からなる層４は、従って、放射線を発する層５から出た放射線の吸収が極めて小さくなる程度に薄いのが好ましい。

図２ａは、シリコン基板の形の半導体基板１を図示する。シリコン基板内へ炭素、例えば熱により分解可能な化合物、例えばＣＯ又はＣＯ_２を用いて注入する。

図２ｂに図示された熱処理工程により、結晶性のＳｉＣ層が作成される。この熱処理工程は５００℃〜２０００℃、有利に約１０００℃の温度Ｔ_１で実施される。

次に、図２ｃに図示された方法工程の場合に、有利に金属、特に有利にアルミニウム又は銀である異種材料を、半導体基板１のＳｉＣ含有の層状区域８の下方にある領域に注入する。

このように製造された、異種材料２の多結晶層を、図２ｄに図示した熱処理工程により、温度Ｔ_２（その際Ｔ_２＜Ｔ_１である）で、少なくとも部分的に結晶の、又はさらに単結晶の層状区域３に変換する。このＳｉＣを含有しかつ異種材料を含有する層状区域３と８との間は、約５０ｎｍまでの厚さの、薄いシリコン層１０が残留することができる。

ＳｉＣを含有する層状区域８の上方に残留するシリコン層９は、有利に次のプロセス工程で除去される。シリコン層９の除去は、例えば湿式化学エッチングにより行うことができ、この場合に、シリコン層９は高エネルギーイオンで衝撃し予め非晶質にされるのが有利である。同様に、水素を注入し、引き続き熱処理して微細亀裂を生じさせ、その微細亀裂に沿ってシリコン層９を切除する、いわゆる「スマートカット」プロセスが適している。

こうして変性された半導体基板１上に、例えば図２ｅに図示したように、例えばエピタキシャル堆積により、放射線を発する層構造体５を設けることができる。放射線を発する層構造体５から生じた放射線６は、部分結晶したＳｉＣを含有する層状区域８及び異種材料を含有する層状区域３の上方に存在するシリコン層１０を通過して、異種材料を含有する層状区域３で反射する。半導体基板１の方向へ発せられた放射線６の吸収損失は、それにより慣用の吸収性の半導体基板と比較して著しく減少する。

また、本発明による半導体基板１は、最初に他の基板上に製造されたＬＥＤ用の支持体としても利用できる。例えば、サファイア基板上に製造されたＬＥＤを、透明で、有利に導電性の結合により、本発明による半導体基板１上に設けることができる。その後、サファイア基板を、例えばレーザーアブレーションプロセスにより損傷なく除去する。これは、経済的な観点から有利である、それというのも高価なサファイア基板を再使用できるためである。

本発明の保護範囲は、実施例を用いた本発明の記載によって制限されるものではない。むしろ、本発明はそれぞれの新規の特徴並びに特徴のそれぞれの組み合わせを包括し、この組み合わせが特許請求の範囲内に明示的に記載されていない場合であっても、特に特許請求の範囲内の特徴の各組み合わせを包含する。

図１ａ〜ｃは、３段階による本発明による製造方法を示す図 図２ａ〜ｅは、５段階による本発明による製造方法を示す図

符号の説明

１ 半導体基板、 ３ 反射性の層状区域、 ５ 層構造体

Claims (17)

1. 半導体基板（１）内に反射性の層状区域（３）が配置されていて、前記の層状区域（３）は、半導体基板（１）内へ導入されかつその区域で層状に分配された異種材料を含有することを特徴とする、半導体基板（１）。
2. 異種材料が半導体基板（１）内へ注入されていることを特徴とする、請求項１記載の半導体基板（１）。
3. 異種材料が金属であることを特徴とする、請求項１又は２記載の半導体基板（１）。
4. 金属がアルミニウム又は銀であることを特徴とする、請求項３記載の半導体基板（１）。
5. 半導体基板（１）がシリコン、シリコンカーバイド、ゲルマニウム又はＩＩＩ−Ｖ−半導体材料を含むことを特徴とする、請求項１記載の半導体基板（１）。
6. 半導体基板（１）上に放射線を発するか又は放射線を検出する半導体層構造体（５）が配置されていることを特徴とする、請求項１記載の半導体基板（１）。
7. 半導体層構造体（５）が窒化物半導体を含むことを特徴とする、請求項６記載の半導体基板（１）。
8. 半導体基板（１）内へ導入されている異種材料を含有する、反射性の層状区域（３）を備えた半導体基板（１）の製造方法において、異種材料を基板（１）内へ注入することを特徴とする、反射性の層状区域（３）を備えた半導体基板（１）の製造方法。
9. 異種材料の少なくとも部分的な結晶化のために、基板（１）を熱処理することを特徴とする、請求項８記載の方法。
10. 異種材料がアルミニウムであり、熱処理は２００℃〜１０００℃、有利に約３５０℃で行うことを特徴とする、請求項９記載の方法。
11. 次の方法工程：
    ａ） シリコン基板（１）内へ炭素を注入する工程、
    ｂ） シリコンカーバイドを含有する層（８）の作成のために基板を熱処理する工程、
    ｃ） 反射性を高める層（３）の作成のために使用する異種材料を注入する工程、及び
    ｄ） 異種材料を少なくとも部分的に結晶化させるために基板（１）を熱処理する工程
    を特徴とする、基板の基本材料がシリコンである、請求項８記載の方法。
12. 基板（１）の熱処理を、シリコンカーバイドを含有する層（８）の作成のために、５００℃〜２０００℃、有利に約１０００℃の温度で行うことを特徴とする、請求項１１記載の方法。
13. 異種材料の注入後に、シリコンカーバイドを含有する層（８）の上方に存在するシリコン層（９）を除去するか又は取り去ることを特徴とする、請求項１１又は１２記載の方法。
14. シリコン層（９）を高エネルギーイオンで衝撃し、引き続き湿式エッチングにより除去することを特徴とする、請求項１３記載の方法。
15. シリコンカーバイドを含有する層（８）がエピタキシャル表面として形成されていて、引き続き半導体層構造体（５）をこのエピタキシャル表面上に堆積させることを特徴とする、請求項１３記載の方法。
16. 半導体層構造体（５）が放射線を発する半導体層構造体である、請求項１５記載の方法。
17. 半導体層構造体（５）が窒化物半導体を含むことを特徴とする、請求項１６記載の方法。

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