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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum lateralen Zertrennen eines
Halbleiterwafers, insbesondere eines Halbleiterwafers zur Herstellung
von optoelektronischen Bauelementen, und ein optoelektronisches
Bauelement.
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Bei
der Herstellung optoelektronischer Bauelemente, beispielsweise LEDs
oder Halbleiterlasern, ist es oftmals wünschenswert, ein für das epitaktische
Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge des optoelektronischen
Bauelements verwendetes Aufwachssubstrat nachträglich von dem Halbleiterwafer abzutrennen.
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Beispielsweise
wird bei der sogenannten Dünnfilm-Technologie
zunächst
die Halbleiterschichtenfolge eines optoelektronischen Bauelements
epitaktisch auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen, anschließend ein
Träger
auf die dem Aufwachssubstrat gegenüberliegende Oberfläche der
Halbleiterschichtenfolge aufgebracht und nachfolgend das Aufwachssubstrat
abgetrennt. Dieses Verfahren hat einerseits den Vorteil, dass auf
dem neuen Träger eine
vergleichsweise dünne
Epitaxieschichtenfolge verbleibt, aus der die von dem optoelektronischen Bauelement
emittierte Strahlung mit hoher Effizienz ausgekoppelt werden kann,
insbesondere wenn zwischen der Epitaxieschichtenfolge und dem neuen Träger eine
reflektierende oder reflexionserhöhende Schicht vorgesehen ist.
Weiterhin kann das Aufwachssubstrat nach dem Ablösen vorteilhaft wieder verwendet
werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Aufwachssubstrat
aus einem vergleichsweise hochwertigem Material, insbesondere Saphir,
SiC oder GaN, besteht.
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Bei
der Verwendung eines transparenten Aufwachssubstrats aus Saphir
kann das Ablösen
des Aufwachssubstrats von der Epitaxieschichtenfolge beispielsweise
mit einem aus der WO 98/14986 bekannten Laser-Lift-Off-Verfahren
erfolgen. Dieser Verfahren ist allerdings nicht ohne weiteres auf
Substrate aus einem Nitrid-Verbindungshalbleiter, insbesondere GaN,
anwendbar.
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Aus
der Druckschrift
US 6,815,309 ist
bekannt, eine dünne
Schicht eines hochwertigen Substrats, zum Beispiel GaN, auf ein
geringwertigeres Trägersubstrat
zu übertragen.
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Aus
der Druckschrift
US 5,374,564 ist
ein Verfahren zum Abtrennen einer dünnen Halbleiterschicht von
einem Substrat bekannt, das auf der Implantation von Wasserstoffionen
durch die abzulösende
Schicht und einer nachfolgenden Temperaturbehandlung zur Erzeugung
von Bläschen
(Blistern) in dem ionenimplantierten Bereich, die ein thermisches Absprengen
der abzulösenden
Halbleiterschicht bewirkt, beruht.
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Bei
einer Anwendung dieses Verfahrens auf einen Halbleiterwafer, auf
den bereits eine funktionelle Halbleiterschichtenfolge epitaktisch
abgeschieden ist, besteht die Gefahr, dass die funktionelle Halbleiterschichtenfolge
bei der Ionenimplantation in ihrer Qualität beeinträchtigt wird.
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Aus
der Druckschrift C.H. Yun, N.W. Cheung: Thermal and Mechanical Separation
of Silicon Layers from Hydrogen Pattern-Implanted Wafers, Journ. of
Electronic Materials, Vol. 30, Nr. 8, 2001, S. 960–964, ist
ein Verfahren zum thermischen oder mechanischen Abtrennen einer
Siliziumschicht von einem Siliziumwafer bekannt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren
zum lateralen Zertrennen eines Halbleiterwafers und ein optoelektronisches Bauelement
anzugeben, bei dem die Gefahr einer Beschädigung der Halbleiterschichtenfolge
bei der Ionenimplantation vermindert ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 und ein optoelektronisches Bauelement nach Patentanspruch 32 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand
der abhängigen
Ansprüche.
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Bei
einem Verfahren zum lateralen Zertrennen eines Halbleiterwafers
gemäß der Erfindung
wird ein Aufwachssubstrat bereit gestellt, auf das eine Halbleiterschichtenfolge
epitaktisch aufgewachsen wird, die eine funktionelle Halbleiterschicht
umfasst. Durch Aufbringen einer Maskenschicht auf Teilbereiche der
Halbleiterschichtenfolge werden maskierte und unmaskierte Bereiche
erzeugt. Nachfolgend werden Ionen durch die unmaskierten Bereiche
zur Erzeugung von Implantationsbereichen in den Halbleiterwafer
implantiert. Das Aufwachssubstrat oder zumindest ein Teil des Aufwachssubstrats
wird dann entlang der Implantationsbereiche von dem Halbleiterwafer
abgetrennt.
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Die
Ionenimplantation in den Halbleiterwafer erfolgt also nicht ganzflächig, sondern
vorteilhaft nur durch die nicht von der Maskenschicht bedeckten
Bereiche der Halbleiterschichtenfolge. Die von der Maskenschicht
bedeckten Teilbereiche der Halbleiterschichtenfolge, insbesondere
die unterhalb der Maskenschicht angeordneten Bereiche der funktionellen Halbleiterschicht,
werden auf diese Weise vor einer möglichen Schädigung bei dem Ionenimplantationsprozess
geschützt.
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Bevorzugt
werden bei der Ionenimplantation Wasserstoffionen implantiert. Alternativ
können
auch Ionen von Edelgasen wie beispielsweise Helium, Neon, Krypton
oder Xenon verwendet werden.
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Das
Zertrennen erfolgt vorzugsweise mittels einer Temperaturbehandlung,
bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 300 °C bis 900 °C. Dabei diffundieren
die in die Implantationsbereiche implantierten Ionen und erzeugen
dabei Bläschen
(Blister). Beim Zusammenlaufen der Bläschen wird der Halbleiterwafer
schließlich
vollständig
in lateraler Richtung zertrennt und auf diese Weise das Aufwachssubstrat
oder zumindest ein Teil des Aufwachssubstrats von dem Halbleiterwafer
abgetrennt.
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Bei
der Temperaturbehandlung kann das Aufheizen der Implantationsbereiche
sowohl durch eine Erhöhung
der Umgebungstemperatur als auch durch eine lokale Erwärmung durch
elektromagnetische Strahlung, zum Beispiel Laser- oder Mikrowellenstrahlung,
bewirkt werden.
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Der
Halbleiterwafer kann entlang der Implantationsbereiche vollständig in
lateraler Richtung zertrennt werden, obwohl die Ionenimplantation
aufgrund der Maskierung der Halbleiterschichtenfolge nur in Teilbereiche
des Halbleiterwafers erfolgt. Dies beruht darauf, dass die Ionen
bei der auf die Ionenimplantation folgenden Temperaturbehandlung
in lateraler Richtung diffundieren und auf diese Weise ausgehend
von den Implantationsbereichen auch die unterhalb der Maskenschicht
angeordneten Teilbereiche des Halbleiterwafers mit Bläschen durchsetzen.
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Alternativ
kann der Halbleiterwafer entlang der Implantationsbereiche auch
auf mechanische Weise zertrennt werden, beispielsweise indem die gegenüberliegen
Oberflächen
des Halbleiterwafers mit Hilfsträgern
verbunden werden und auf diese ein Drehmoment ausgeübt wird,
so dass der Halbleiterwafer entlang der Implantationsbereiche zertrennt wird.
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Die
Halbleiterschichtenfolge basiert vorzugsweise auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial. „Auf einem
Nitridverbindungshalbleitermaterial basierend" bedeutet im folgenden, dass ein derart
bezeichnetes Bauelement oder Teil eines Bauelements vorzugsweise
InxAlyGa1-x-yN umfasst, wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1 gilt. Dabei muss dieses Material
nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger
Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe
sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen, die die physikalischen Eigenschaften des
Materials im Wesentlichen nicht ändern.
Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen
Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese
teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
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Die
funktionelle Halbleiterschicht ist vorzugsweise eine strahlungsemittierende
oder strahlungsdetektierende Schicht.
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Insbesondere
kann die funktionelle Halbleiterschicht die aktive Schicht einer
Lumineszenzdiode oder eines Halbleiterlasers sein. Besonders bevorzugt
weist die funktionelle Halbleiterschicht InxAlyGa1-x-yN mit 0 < x ≤ 1, Q < y ≤ 1 und x +
y ≤ 1 auf.
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Das
Aufwachsubstrat ist vorzugsweise ein zum epitaktischen Aufwachsen
eines Nitridverbindungshalbleiters geeignetes Substrat, insbesondere ein
GaN-Substrat, ein AlN-Substrat, ein SiC-Substrat oder ein Saphir-Substrat.
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Alternativ
kann die Halbleiterschichtenfolge auch auf einem Phosphidverbindungshalbleiter
oder einem Arsenidverbindungshalbleiter basieren. In diesem Fall
weist die Halbleiterschichtenfolge und insbesondere die funktionelle
Halbleiterschicht bevorzugt InxAlyGa1-x-yP oder InxAlyGa1-x-yAs
mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x +
y ≤ 1 auf.
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Die
Maskenschicht kann zum Beispiel aus Silizium, einem Metall, einem
Dielektrikum wie zum Beispiel SiN oder SiO2,
oder einem Lack bestehen. Die Maskenschicht weist eine derartige
Dicke auf, dass sie von den implantierten Ionen im Wesentlichen
nicht durchdrungen werden kann. Beispielsweise kann die Maskenschicht
eine polykristalline Siliziumschicht mit einer Dicke von 2 μm oder mehr
sein.
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Die
maskierten Bereiche der Halbleiterschichtenfolge weisen vorzugsweise
in zumindest einer lateralen Richtung eine Abmessung von 20 μm oder weniger,
besonders bevorzugt von 5 μm
oder weniger, auf. Eine derart geringe laterale Abmessung der maskierten
Bereiche ist vorteilhaft, da angestrebt wird, dass die implantierten
Ionen bei der Temperaturbehandlung aus den unterhalb der unmaskierten Bereiche
der Halbleiterschicht liegenden Implantationsbereichen in die in
lateraler Richtung angrenzenden Bereiche, die unterhalb der maskierten
Bereiche der Halbleiterschichtenfolge liegen, diffundieren und so
den Halbleiterwafer in lateraler Richtung vollständig mit Bläschen durchsetzen. Die Maskenschicht kann
zum Beispiel eine streifenförmige
Maskenschicht sein, bei der die Streifen eine Breite von 5 μm oder weniger,
bevorzugt zwischen einschließlich
1,5 μm und
3 μm, aufweisen.
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Die
Implantationsbereiche werden zum Beispiel in dem Aufwachssubstrat
erzeugt. In diesem Fall werden die Ionen durch die unmaskierten
Bereiche des Halbleiterwafers in das Aufwachssubstrat implantiert.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung enthält
die auf das Aufwachssubstrat aufgewachsene Halbleiterschichtenfolge
eine als Trennschicht vorgesehene Schicht, in der die Implantationsbereiche
erzeugt werden. In diesem Fall erfolgt die Ionenimplantation nicht
in das Aufwachssubstrat, sondern in die Trennschicht. Dies hat den
Vorteil, dass beim Zertrennen des Halbleiterwafers entlang der in
der Trennschicht erzeugten Implantationsbereiche ein Teil des Halbleiterwafers
abgetrennt wird, der das gesamte Aufwachssubstrat enthält. Das
Aufwachssubstrat wird beim Zertrennen des Halbleiterwafers also
vorteilhaft nicht durchtrennt und kann vollständig wieder verwendet werden.
Insbesondere kann mehrfach eine Schichtenfolge auf dem Aufwachssubstrat
aufgewachsen und nachfolgend abgetrennt werden, ohne dass dabei
das Aufwachssubstrat sukzessiv verbraucht wird. Dies ist insbesondere
dann vorteilhaft, wenn ein hochwertiges Substrat als Aufwachssubstrat
verwendet wird, wie zum Beispiel ein GaN-Substrat, ein AlN-Substrat,
ein SiC-Substrat oder ein Saphirsubstrat.
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Nach
dem Verfahrensschritt der Temperaturbehandlung zum Abtrennen des
Aufwachsubstrats kann das Aufwachssubstrat einen abgetrennten Teil der
Trennschicht enthalten. Dieser nach dem Abtrennen auf dem Aufwachssubstrat
enthaltene Teil der Trennschicht wird vorzugsweise nachträglich vom Aufwachssubstrat
entfernt, beispielsweise mittels eines Ätz- oder Polierprozesses, um das Aufwachssubstrat
für das
epitaktische Aufwachsen weiterer Halbleiterschichtenfolgen vorzubereiten.
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Die
Trennschicht enthält
vorzugsweise zumindest ein Element, das eine größere Kernladungszahl als Gallium
aufweist, zum Beispiel Indium. Das Element mit der größeren Kernladungszahl
als Gallium kann als Dotierstoff in die Trennschicht eingebracht
sein oder vorzugsweise Bestandteil des Halbleitermaterials der Trennschicht
sein. Insbesondere kann die Trennschicht eine InGaN-Schicht sein.
Das Vorhandensein eines Elements mit hoher Kernladungszahl in der
Trennschicht hat den Vorteil, dass die bei der Ionenimplantation
in die Trennschicht eindringenden Ionen abgebremst werden und somit
ein weiteres Eindringen vermindert wird. Die Trennschicht wirkt
in diesem Fall also als Stoppschicht für die implantierten Ionen.
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Dies
ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn bei der Ionenimplantation
vergleichsweise hochenergetische Ionen implantiert werden, um eine
mögliche Schädigung der
funktionellen Halbleiterschicht zu vermindern. Insbesondere hat
sich herausgestellt, dass eine Schädigung der funktionellen Halbleiterschicht
durch eine Erhöhung
der Ionenenergie bei der Ionenimplantation vermindert werden kann.
Eine Erhöhung
der Ionenenergie hat allerdings in der Regel zur Folge, dass die
implantierten Ionen ein breiteres und flacheres Konzentrationsprofil
in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Trennschicht ausbilden,
das sich nachteilig auf den Ablöseprozess
auswirken könnte.
Die volle Halbwertsbreite des Konzentrationsprofils der implantierten
Ionen kann beispielsweise etwa 200 nm betragen.
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Dadurch,
dass die Trennschicht mindestens ein Element mit einer Kernladungszahl,
die größer ist als
die von Gallium, enthält,
kann auch bei vergleichsweise hoher Ionenenergie der implantierten Ionen
ein vergleichsweise schmales Konzentrationsprofil in der Trennschicht
erzielt werden, wodurch der Verfahrensschritt des Abtrennens erleichtert
wird.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält die Halbleiterschichtenfolge
mindestens eine der Trennschicht benachbarte Diffusionsbarriereschicht
für die
implantierten Ionen. Unter einer Diffusionsbarriereschicht wird
dabei eine Schicht verstanden, in der die implantierten Ionen einen
geringeren Diffusionskoeffizienten aufweisen als in der Trennschicht.
Die Diffusionsbarriereschicht kann in der Wachstumsrichtung der
Halbleiterschichtenfolge oberhalb und/oder unterhalb der Trennschicht
angeordnet sein.
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Die
Diffusionsbarriereschicht enthält
vorteilhaft ein mit Zn, Fe oder Si dotiertes Nitridverbindungshalbleitermaterial
und ist bevorzugt nicht p-dotiert. Insbesondere hat sich herausgestellt,
dass Wasserstoff in vergleichsweise hochohmigem Zn-dotierten GaN
oder mit Si dotiertem n-GaN einen geringeren Diffusionskoeffizienten
aufweist als in mit Mg dotiertem p-GaN.
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Besonders
bevorzugt ist beidseits der Trennschicht, also in Wachstumsrichtung
der Halbleiterschichtenfolge sowohl oberhalb als auch unterhalb der
Trennschicht, eine Diffusionsbarriereschicht angeordnet. Durch die
Diffusionsbarriereschicht oder die Diffusionsbarriereschichten wird
eine Diffusion der implantierten Ionen in einer senkrecht zur Ebene der
Trennschicht verlaufenden Richtung vermindert. Auf diese Weise wird
einer unerwünschten
Verbreiterung des Konzentrationsprofils der implantierten Ionen
in einer Richtung senkrecht zur Schichtebene der Trennschicht entgegen
gewirkt. Insbesondere mit einer in Wachstumsrichtung der Schichtenfolge
gesehen oberhalb der Trennschicht angeordneten Diffusionsbarriereschicht
kann eine Diffusion der implantierten Ionen in die funktionelle
Halbleiterschicht vermindert werden. Andernfalls könnte eine
Diffusion der implantierten Ionen die Qualität der funktionellen Halbleiterschicht
beeinträchtigen.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Trennschicht eine tensil verspannte Schicht.
Die Gitterkonstante der Trennschicht ist in diesem Fall geringer
als die Gitterkonstante zumindest einer an die Trennschicht angrenzenden
Schicht. Dies hat zur Folge, dass die Trennschicht einer Zugspannung
ausgesetzt ist. Bevorzugt ist die tensil verspannte Schicht eine
Nitridverbindungshalbleiterschicht, die Aluminium enthält. Die
tensile Verspannung der Trennschicht kann in diesem Fall beispielsweise
dadurch hervorgerufen sein, dass an die Trennschicht eine weitere
Nitridverbindungshalbleiterschicht angrenzt, die einen geringeren
Aluminiumanteil als die Trennschicht aufweist oder sogar frei von
Aluminium ist. Insbesondere kann eine InGaN-Schicht an die Trennschicht
angrenzen. Eine tensile Verspannung der Trennschicht kann weiterhin
dadurch erzeugt werden, dass die Trennschicht mit Silizium dotiert
ist. Durch die tensile Verspannung der Trennschicht wird der Verfahrensschritt
des Abtrennens vorteilhaft erleichtert, da die Grenzfläche zwischen
der tensil verspannten Trennschicht und der angrenzenden Schicht
mit größerer Gitterkonstante
in diesem Fall als Sollbruchstelle wirkt.
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Weiterhin
kann bei der Erfindung der Verfahrensschritt des Abtrennens mit
Vorteil dadurch erleichtert werden, dass die Trennschicht eine durch
laterales epitaktisches Überwachsen
(ELOG, Epitaxial Layer Over Growth) hergestellte Halbleiterschicht
ist. In diesem Fall wird die Trennschicht nicht direkt auf dem Aufwachssubstrat
oder auf eine bereits auf das Aufwachssubstrat aufgebrachte Halbleiterschicht aufgewachsen,
sondern vorher eine Maskenschicht auf das Aufwachssubstrat oder
die Halbleiterschicht, auf der die Trennschicht aufgewachsen werden
soll, aufgebracht. Diese Maskenschicht wird im Folgenden zur Unterscheidung
von der für
die Ionenimplantation verwendeten Maskenschicht als ELOG-Maskenschicht bezeichnet.
Die ELOG-Maskenschicht ist vorzugsweise eine Siliziumnitridschicht
oder eine Siliziumdioxidschicht.
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Das
epitaktische Wachstum der Trennschicht setzt in den nicht von der
ELOG-Maskenschicht bedeckten Bereichen des Aufwachssubstrats („Post"-Bereiche) oder der
zum Aufwachsen vorgesehenen Halbleiterschicht ein, wobei nachfolgend
die maskierten Bereiche („Wing"-Bereiche) in lateraler Richtung überwachsen
werden. Da die Haftung einer durch laterales epitaktisches Überwachsen
hergestellten Trennschicht auf der lateral überwachsenen ELOG-Maskenschicht
nur gering ist, wirken die Grenzflächen zwischen der Maskenschicht
und der Trennschicht als Sollbruchstellen bei dem Verfahrensschritt
des Abtrennens.
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Bei
der Ausführung
der Trennschicht als ELOG-Schicht erfolgt die Ionenimplantation
vorzugsweise in die Bereiche der Trennschicht, die von der ELOG-Maskenschicht
in lateraler Richtung versetzt angeordnet sind („Post"-Bereiche). Dazu weisen die für die Ionenimplantation
verwendete Maskenschicht und ELOG-Maskenschicht vorteilhaft die
gleiche Strukturierung auf. Dies ist so zu verstehen, dass in vertikaler
Richtung gesehen die von der Maskenschicht maskierten Bereiche der
Halbleiterschicht den von der ELOG-Maskenschicht maskierten Bereichen
des Aufwachssubstrats gegenüber
liegen und bevorzugt deckungsgleich sind. Auf eine Ionenimplantation
in die oberhalb der ELOG-Maskenschicht angeordneten Bereiche der
Trennschicht („Wing"-Bereiche) kann vorteilhaft
verzichtet werden, da die Trennschicht in diesen Bereichen aufgrund
der geringen Haftung der Trennschicht auf der ELOG-Maskenschicht
vergleichsweise einfach durchtrennt werden kann.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn die Trennschicht aus einem Halbleitermaterial
gebildet ist, in dem die implantierten Ionen einen größeren Diffusionskoeffizienten
als in einer an die Trennschicht angrenzenden Schicht aufweisen.
Dadurch wird die Diffusion der implantierten Ionen innerhalb der
Trennschicht, also insbesondere in einer parallel zur Ebene des
Halbleiterwafers verlaufenden Richtung, erhöht und somit das Ausbilden
von Bläschen
in der Trennschicht gefördert,
wodurch der Verfahrensschritt des Abtrennens erleichtert wird. Die
diffusionsfördernde Trennschicht
ist vorzugsweise eine p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht,
die zum Beispiel mit Mg dotiert sein kann. Insbesondere hat sich
herausgestellt, dass Wasserstoff in p-dotiertem GaN einen höheren Diffusionskoeffizienten
aufweist als in einer mit Zn dotierten hochohmigen GaN-Schicht oder
einer mit Silizium dotierten n-GaN-Schicht.
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Der
Halbleiterwafer wird vorzugsweise vor dem Zertrennen an einer von
dem Aufwachssubstrat abgewandten Oberfläche mit einem Trägersubstrat verbunden.
Das Trägersubstrat
stabilisiert die Halbleiterschichtenfolge nach dem Abtrennen von
dem Aufwachssubstrat und kann insbesondere als Träger für ein aus
der Halbleiterschichtenfolge hergestelltes optoelektronisches Bauelement
fungieren.
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Das
Trägersubstrat
kann ein Zwischenträger sein,
wobei ein Abtrennen oder Auflösen
des Zwischenträgers
in einem nachfolgenden Verfahrensschritt vorgesehen ist. Beispielsweise
ist der Zwischenträger
ein Glassubstrat. Das Glassubstrat wird vorzugsweise mittels einer
Zwischenschicht aus einem Siliziumoxid mit der Halbleiterschichtenfolge verbunden.
Der Zwischenträger
kann in diesem Fall in einem späteren
Verfahrensschritt einschließlich der
Zwischenschicht zum Beispiel in Flusssäure (HF) aufgelöst werden.
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Die
bei der Ionenimplantation verwendete Maskenschicht kann beispielsweise
vor dem Verbinden der Halbleiterschichtenfolge mit dem Trägersubstrat
entfernt werden. Alternativ kann die Maskenschicht auch auf der
Halbleiterschichtenfolge verbleiben, wobei vorzugsweise vor dem
Verbinden der Halbleiterschichtenfolge mit dem Trägersubstrat
eine Zwischenschicht aufgebracht wird, welche die Maskenschicht
planarisiert. Die planarisierende Zwischenschicht hat den Vorteil,
dass die Gewichtskraft des Trägersubstrats
auch auf die unmaskierten Bereiche der Halbleiterschichtenfolge
wirkt, die ansonsten durch die Maskenschicht von dem Trägersubstrat beabstandet
wären.
Die Einwirkung der Gewichtskraft des Trägersubstrats auf die Implantationsbereiche
hat bei dem Verfahrensschritt der Temperaturbehandlung den Vorteil,
dass eine Ausbreitung der durch die Diffusion der Ionen erzeugten
Bläschen
in lateraler Richtung gefördert
und in einer senkrecht zur Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge verlaufenden
vertikalen Richtung vermindert wird.
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Im
Fall einer Maskenschicht aus einem Metall oder einer Metalllegierung
kann diese als elektrische Kontaktschicht auf der Halbleiterschichtenfolge verbleiben.
In diesem Fall ist die elektrische Kontaktschicht ohne weiteren
Herstellungsaufwand strukturiert auf die Bereiche der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht,
in die keine Ionen implantiert werden. Gegebenenfalls kann ein zur
Ausbildung eines elektrischen Kontakts mit der obersten Schicht
der Halbleiterschichtenfolge geeignetes Kontaktmetall in die Maskenschicht
eingebracht werden. Vorteilhaft wird bei der Temperaturbehandlung
zur Erzeugung der Bläschen
gleichzeitig ein Kontaktmetall durch Ausbilden einer Legierung mit
dem Metall der Maskenschicht in die Maskenschicht eingebracht.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
wird vor dem Verbinden des Halbleiterwafers mit dem Trägersubstrat
eine Zwischenschicht auf die unmaskierten Bereiche des Halbleiterwafers aufgebracht,
deren Dicke größer als
die Dicke der Maskenschicht ist. In diesem Fall sind die maskierten Bereiche
der Halbleiterschichtenfolge durch die auf die unmaskierten Bereiche
aufgebrachte Zwischenschicht von dem Trägersubstrat beabstandet. Deshalb
wirkt die Gewichtskraft des Trägersubstrats
vorteilhaft in erster Linie auf die unmaskierten Bereiche ein, wodurch
die Ausbreitung der durch die Diffusion der implantierten Ionen
erzeugten Bläschen
in lateraler Richtung verstärkt
und in vertikaler Richtung gehemmt wird. Die Ausbreitung der erzeugten
Bläschen
in die unterhalb der Maskenschicht angeordneten Bereiche des Halbleiterwafers
wird auf diese Weise gefördert.
Dieser Effekt kann alternativ auch dadurch erzielt werden, dass
die Maskenschicht entfernt wird und eine Zwischenschicht auf die
Halbleiterschichtenfolge aufgebracht wird, die derart strukturiert
ist, dass sie im wesentlichen die Bereiche der Halbleiterschichtenfolge
bedeckt, in welche die Ionen implantiert wurden. Die Wirkung der
Gewichtskraft des Trägersubstrats
auf die Implantationsbereiche kann durch die Ausübung einer zum Aufwachssubstrat
hin gerichteten Kraft auf das Trägersubstrat
verstärkt
werden.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird die Halbleiterschichtenfolge vor der Ionenimplantation strukturiert.
Beispielsweise kann die Halbleiterschichtenfolge derart strukturiert
werden, dass sie eine zur Herstellung von Lumineszenzdioden oder
Halbleiterlaserbauelementen geeignete Struktur aufweist.
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Insbesondere
kann die Halbleiterschichtenfolge derart strukturiert sein, dass
der Halbleiterwafer eine oder vorzugsweise mehrere Streifenlaserstrukturen
umfasst, die in einem nachfolgenden Prozessschritt in einzelne Streifenlaserbauelemente
vereinzelt werden. Die Streifenlaser weisen bevorzugt eine Streifenbreite
von etwa 1,5 μm
bis etwa 3 μm
auf. Eine derartige Breite der Strukturen ist vorteilhaft gering
genug, dass die implantierten Ionen bei der Temperaturbehandlung
weit genug in lateraler Richtung diffundieren, dass durch die Bläschenbildung
eine vollständige
Ablösung
dieser Strukturen bewirkt wird.
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Wenn
die Strukturierung der Halbleiterschichtenfolge bereits vor der
Ionenimplantation erfolgt, ist es vorteilhaft, wenn die erzeugte
Struktur, insbesondere die Seitenflanken der Struktur, durch eine
umhüllende
Maskenschicht vor den Ionen geschützt werden. Unter einer umhüllenden
Maskenschicht ist eine Maskenschicht zu verstehen, die sowohl die
Oberfläche
als auch die Seitenflanken der Struktur bedeckt.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
ist insbesondere zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente,
zum Beispiel zur Herstellung von Lumineszenzdioden oder Laserdioden,
geeignet.
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Ein
optoelektronisches Bauelement gemäß der Erfindung enthält eine
auf einem Trägersubstrat angeordnete
Halbleiterschichtenfolge, die eine funktionelle Halbleiterschicht
aufweist, wobei die Halbleiterschichtenfolge durch das zuvor beschriebene
Verfahren zum lateralen Zertrennen eines Halbleiterwafers von einem
Aufwachssubstrat abgetrennt wurde. Insbesondere kann das optoelektronische
Bauelement eine Lumineszenzdiode (LED) oder eine Laserdiode sein.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang
mit den 1 bis 13 näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F und 1G schematische
Darstellungen eines Querschnitts durch einen Halbleiterwafer bei Zwischenschritten
eines Ausführungsbeispiels
eines Verfahrens gemäß der Erfindung,
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2 eine
schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Halbleiterwafer
vor dem Verfahrensschritt des Zertrennens des Halbleiterwafers bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens gemäß der Erfindung,
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3 eine
schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Halbleiterwafer
vor dem Verfahrensschritt des Zertrennens des Halbleiterwafers bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens gemäß der Erfindung,
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4 eine
schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Halbleiterwafer
bei dem Verfahrensschritt der Ionenimplantation bei einem weiteren
Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens gemäß der Erfindung,
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5 eine
schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Halbleiterwafer
bei dem Verfahrensschritt der Ionenimplantation bei einem weiteren
Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens gemäß der Erfindung,
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6A eine
schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Halbleiterwafer
bei dem Verfahrensschritt der Ionenimplantation bei einem weiteren
Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens gemäß der Erfindung,
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6B eine
schematische Darstellung eines Querschnitts durch den ein 6A dargestellten Halbleiterwafer
nach der Strukturierung der Halbeleiterschichtenfolge zu einem Laserstreifen,
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7 eine
schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Halbleiterwafer
bei dem Verfahrensschritt der Ionenimplantation bei einem weiteren
Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens gemäß der Erfindung,
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8 eine
schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Halbleiterwafer
bei dem Verfahrensschritt der Ionenimplantation bei einem weiteren
Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens gemäß der Erfindung,
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9 eine
schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Halbleiterwafer
bei dem Verfahrensschritt der Ionenimplantation bei einem weiteren
Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens gemäß der Erfindung,
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10 eine
schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Halbleiterwafer
bei dem Verfahrensschritt der Ionenimplantation bei einem weiteren
Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens gemäß der Erfindung,
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11 bis 13 schematische Darstellungen einer Aufsicht
auf die Maskenschicht bei weiteren Ausführungsbeispielen eines Verfahrens
gemäß der Erfindung.
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Gleiche
oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen
Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente sind nicht als maßstabsgerecht
anzusehen, vielmehr können
einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt
sein.
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Wie
in 1A dargestellt, wird bei einem Verfahren gemäß der Erfindung
ein Aufwachssubstrat 2 bereitgestellt. Das Aufwachssubstrat 2 ist
ein zum epitaktischen Aufwachsen eines Nitridverbindungshalbleiters
geeignetes Substrat, das bevorzugt ein GaN-Substrat, ein AlN-Substrat
oder alternativ ein SiC-Substrat oder ein Saphir-Substrat ist.
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Bei
dem in 1B schematisch dargestellten
Zwischenschritt ist eine Halbleiterschichtenfolge 3 epitaktisch
auf das Aufwachssubstrat 2 aufgewachsen. Der auf diese
Weise hergestellte Halbleiterwafer 1 enthält das Aufwachssubstrat 2 und
die Halbleiterschichtenfolge 3. Die Halbleiterschichtenfolge 3 ist beispielsweise
mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) auf das Aufwachssubstrat 2 aufgebracht.
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Die
epitaktische Halbleiterschichtenfolge 3 basiert vorzugsweise
auf einem Nitridverbindungshalbleiter. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 3 enthält mindestens
eine funktionelle Halbleiterschicht 5, zum Beispiel eine
für ein
optoelektronisches Bauelement vorgesehene strahlungsemittierende
oder strahlungsdetektierende Schicht.
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Insbesondere
kann es sich bei der funktionellen Halbleiterschicht 5 um
eine aktive Schicht einer Lumineszenzdiode oder eines Halbleiterlasers handeln.
Die aktive Schicht kann dabei zum Beispiel als Heterostruktur, Doppelheterostruktur
oder als Quantentopfstruktur ausgebildet sein. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur
umfasst dabei jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch
Einschluss (Confinement) eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren.
Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur keine
Angabe über die
Dimensionalität
der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und
Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
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Weiterhin
ist bei dem in 1B dargestellten Zwischenschritt
eine strukturierte Maskenschicht 10 auf die Halbeliterschichtenfolge 3 aufgebracht.
Die Oberfläche
der Halbleiterschichtenfolge 3 weist also von der Maskenschicht 10 bedeckte
maskierte Bereiche 11 und unmaskierte Bereiche 12 auf.
Es ist vorteilhaft, wenn die Breite b der maskierten Bereiche 11 in
zumindest einer lateralen Richtung 20 μm oder weniger, besonders bevorzugt
5 μm oder
weniger, beträgt.
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Bei
dem in 1C schematisch dargestellten
Zwischenschritt werden, wie durch die Pfeile 6 angedeutet,
Ionen durch die unmaskierten Bereiche 12 durch die Halbleiterschichtenfolge 3 hindurch
zur Erzeugung von Implantationsbereichen 13 in den Halbleiterwafer 1 implantiert.
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In
die maskierten Bereiche 11 der Halbleiterschichtenfolge 3 können die
Ionen dagegen vorteilhaft nicht eindringen, da sie das Material
der Maskenschicht 10 im Wesentlichen nicht durchdringen
können.
Insbesondere wird auf diese Weise verhindert, dass die unterhalb
der maskierten Bereiche 11 angeordneten Teilbereiche der
funktionellen Halbleiterschicht 5 bei dem Verfahrensschritt
der Ionenimplantation beschädigt
werden.
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Die
Maskenschicht 10 kann zum Beispiel aus einem Metall, einem
Dielektrikum oder einem Lack gebildet sein, wobei die Dicke in Abhängigkeit
von der Ionenenergie der implantierten Ionen derart gewählt ist,
dass die Maskenschicht 10 von den Ionen im Wesentlichen
nicht durchdrungen werden kann. Zum Beispiel kann die Maskenschicht 10 eine
etwa 2 μm
dicke Siliziumoxidschicht sein.
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Bei
den implantierten Ionen kann es sich insbesondere um Wasserstoffionen,
oder alternativ um Ionen von Edelgasen wie beispielsweise Helium,
Neon, Krypton oder Xenon handeln.
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Die
Implantationsbereiche 13 werden vorzugsweise in einer als
Trennschicht vorgesehenen Schicht 4, die in der Halbleiterschichtenfolge 3 enthalten
ist, erzeugt. Alternativ ist es auch möglich, die Ionen zur Ausbildung
der Implantationsbereiche 13 in das Aufwachssubstrat 2 zu
implantieren.
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Die
Maskenschicht 10 kann daraufhin, wie in 1D dargestellt,
wieder von der Halbleiterschichtenfolge 3 entfernt werden.
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Nachfolgend
wird der Halbleiterwafer 1, wie in 1E dargestellt,
an einer von dem Aufwachssubstrat 2 abgewandten Seite mit
einem Trägersubstrat 15 verbunden.
Da das Trägersubstrat 15 im
Gegensatz zum Aufwachssubstrat 2 nicht zum epitaktischen
Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge 3, die zum Beispiel
auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial basiert, geeignet
sein muss, besteht für das
Trägersubstrat 15 eine
vergleichsweise große Freiheit
bei der Materialauswahl. Insbesondere kann ein Trägersubstrat 15 ausgewählt werden,
das sich durch vergleichsweise geringe Kosten und/oder eine gute
Wärmeleitfähigkeit
auszeichnet. Beispielsweise kann das Trägersubstrat 15 aus
Ge, GaAs, Metallen wie beispielsweise Mo oder Au, Metalllegierungen oder
Keramiken wie zum Beispiel AlN gebildet sein. Das Trägersubstrat 15 wird
vorzugsweise mittels Löten
oder Bonden mit der Halbleiterschichtenfolge 3 verbunden.
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Vor
dem Verbinden des Halbleiterwafers 1 mit dem Trägersubstrat 15 kann
eine Zwischenschicht 14 auf die Halbleiterschichtenfolge 3 aufgebracht
werden. Die Zwischenschicht 14 kann zum Beispiel zu dem
Zweck aufgebracht werden, die Halbleiterschichtenfolge 3 nach
dem Verfahrensschritt der Ionenimplantation und dem Entfernen der Maskenschicht
zu glätten.
Weiterhin kann die Zwischenschicht 14 auch eine reflektierende
Schicht sein, die in einem optoelektronischen Bauelement ein Eindringen
von Strahlung in das Trägersubstrat 15 verhindern
soll.
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Nachfolgend
wird, wie in 1F durch den Pfeil T angedeutet,
eine Temperaturbehandlung durchgeführt, die eine Diffusion der
in die Implantationsbereiche 13 implantierten Ionen bewirkt.
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Die
Temperaturbehandlung erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen
300 °C und
900 °C.
Die durch die Temperaturbehandlung angeregte Diffusion der implantierten
Ionen führt
zu einer Ausbildung von Bläschen 7,
deren Größe und Anzahl
mit zunehmender Dauer der Temperaturbehandlung zunimmt.
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Auf
diese Weise entstehen von Bläschen 7 durchsetzte
Diffusionsbereiche 16, die sich in lateraler Richtung auch
unter die zuvor maskierten Bereiche der Halbleiterschichtenfolge 3 ausdehnen
und dort schließlich
zusammenlaufen.
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Das
Zusammenlaufen der von Bläschen 7 durchsetzten
Diffusionsbereiche 16 führt,
wie in 1G schematisch dargestellt ist,
schließlich
zu einem Zertrennen des Halbleiterwafers in zwei Teile 1a, 1b.
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Der
von dem Aufwachssubstrat 2 abgetrennte Teil 1b des
Halbleiterwafers 1 kann insbesondere ein optoelektronisches
Bauelement sein, beispielsweise eine Lumineszenzdiode oder ein Halbleiterlaser,
oder zu einem optoelektronischen Bauelement weiterverarbeitet werden.
Weiterhin kann der abgetrennte Teil 1b des Halbleiterwafers
auch zu einer Mehrzahl optoelektronischer Bauelemente vereinzelt werden.
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Dadurch,
dass die Ionen nicht in das Aufwachssubstrat 2, sondern
in eine als Trennschicht 4 vorgesehene Schicht der Halbleiterschichtenfolge 3 implantiert
werden, wird beim Zertrennen des Halbleiterwafers 1 vorteilhaft
ein Teil 1a des Halbleiterwafers 1 abgetrennt,
der das gesamte Aufwachssubstrat 2 enthält. Der abgetrennte Teil 1a des
Halbleiterwafers 1 enthält
nach dem Zertrennen, wie schematisch in 1G dargestellt
ist, Reste der Trennschicht 4, die in einem nachträglichen Ätz- oder
Polierprozess entfernt werden können.
Das Aufwachssubstrat 2 ist also vollständig wieder verwertbar. Weiterhin
kann auch die mit dem Trägersubstrat 15 verbundene
Halbleiterschichtenfolge 3 Reste der Trennschicht 4 aufweisen,
die vorteilhaft in einem nachträglichen Ätz- oder
Polierprozess entfernt werden.
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In 2 ist
ein Halbleiterwafer nach dem Verfahrensschritt der Ionenimplantation
in die Implantationsbereiche 13 bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
dargestellt, wobei die Maskenschicht 10 nicht wie bei dem
zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel
von der Oberfläche
der Halbleiterschichtenfolge 3 entfernt wurde, sondern
vor dem Verbinden des Halbleiterwafers 1 mit dem Trägersubstrat 15 mit
einer planarisierenden Zwischenschicht 16 versehen wurde.
Die Maskenschicht 10 wird durch die Zwischenschicht 16 eingeebnet
und wird vorteilhaft nicht vor dem Verbinden des Halbleiterwafers 1 mit
dem Trägersubstrat 15 entfernt.
Der Herstellungsaufwand wird auf diese Weise vermindert.
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Das
mit der planarisierenden Zwischenschicht 16 verbundene
Trägersubstrat 15 übt beim nachfolgenden
Verfahrensschritt der Temperaturbehandlung eine Kraft auf die Implantationsbereiche 13 aus,
welche die laterale Ausbreitung der Bläschen fördert und die vertikale Ausbreitung
vermindert.
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Dieser
vorteilhafte Einfluss des Trägersubstrats 15 auf
die Ausbreitung der bei der Temperaturbehandlung erzeugten Bläschen kann
weiter verstärkt werden,
wenn, wie in 3 anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels
dargestellt, der Halbleiterwafer 1 über eine Zwischenschicht 17 mit
dem Trägersubstrat 15 verbunden
wird, die eine größere Dicke
als die Maskenschicht 10 aufweist. In diesem Fall ist der Halbleiterwafer 1 nur
in den unmaskierten Bereichen 12 über die Zwischenschicht 17 mit
dem Trägersubstrat 15 verbunden,
wohingegen die maskierten Bereiche 11 durch Zwischenräume 18 von
dem Trägersubstrat 15 beabstandet
sind. Um den Einfluss des Trägersubstrats 15 auf
die Diffusion der in die Implantationsbereiche 13 implantierten
Ionen weiter zu erhöhen,
wird während
des Verfahrensschritts der Temperaturbehandlung vorteilhaft eine
Kraft F auf das Trägersubstrat 15 in
Richtung zum Halbleiterwafer 1 hin ausgeübt.
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In 4 ist
ein Halbleiterwafer 1 bei dem Verfahrensschritt der Ionenimplantation
bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung schematisch dargestellt, bei dem die Halbleiterschichtenfolge 3 vor
der Ionenimplantation strukturiert wurde. Die Halbleiterschichtenfolge 3 kann
zum Beispiel derart strukturiert sein, dass sie Gräben 19 aufweist,
in der die Trennschicht 4, beispielsweise mittels eines Ätzprozesses,
freigelegt ist. Durch die in der Halbleiterschichtenfolge 3 erzeugten
Gräben 19 können die
Ionen bei der Ionenimplantation direkt in die Trennschicht 4 implantiert
werden, ohne dabei die übrigen Schichten
der Halbleiterschichtenfolge 3, insbesondere die funktionelle
Halbleiterschicht 5, zu durchqueren. Dies hat insbesondere
den Vorteil, dass bei der Ionenimplantation nur eine vergleichsweise
geringe Ionenenergie und/oder Ionendosis erforderlich ist. Die zwischen
den Gräben 19 angeordneten
Teilbereiche 20 der Halbleiterschichtenfolge 3 können beispielsweise
in einem späteren
Verfahrensschritt in einzelne optoelektronische Bauelemente, beispielsweise
zu Streifenlasern, vereinzelt werden. Weiterhin ist es auch möglich, dass
eine Mehrzahl der durch Gräben 19 separierten
Teilbereiche 20 gemeinsam den Halbleiterchip eines optoelektronischen
Bauelementes, beispielsweise einer Lumineszenzdiode, ausbilden.
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Bei
dem in 5 dargestellten Verfahrensschritt der Ionenimplantation
bei einem Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist eine Halbleiterschichtenfolge vor der Ionenimplantation zu einem
Streifenlaser 21 strukturiert worden. Der Streifenlaser 21 ist
vorteilhaft von einer umhüllenden
Maskenschicht 22 umgeben, die nicht nur die Oberfläche 23,
sondern auch die Seitenflanken 24 des Streifenlasers 21 abdeckt.
Dies hat den Vorteil, dass die Seitenflanken 24 bei der
Ionenimplantation gegen möglicherweise
auftreffende hochenergetische Ionen geschützt sind. Insbesondere wird
dadurch einer Schädigung
der aktiven Zone 5 des Streifenlasers 21 vorgebeugt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die an den Streifenlaser 21 angrenzenden
Bereiche der Trennschicht 4 von der Maskenschicht 22 bedeckt
sind, um beim Betrieb des Streifenlasers eine nichtstrahlende Rekombination
der Ladungsträger
in den ionenimplantierten Bereichen zu vermindern. Zum Beispiel kann
die Maskenschicht 22 bei einem 1,5 μm breiten Streifenlaser 21 eine
Breite von 5,5 μm
aufweisen, so dass auf beiden Seiten des Streifenlasers 21 jeweils ein
2 μm breiter
streifenförmiger
Bereich der Oberfläche
der Trennschicht 4 maskiert ist.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform des
Verfahrens, bei dem eine mögliche
Schädigung der
Seitenflanken 24 eines optoelektronischen Bauelements,
insbesondere eines Streifenlasers 21, bei dem Verfahrensschritt
der Ionenimplantation vermieden wird, ist in den 6A und 6B schematisch dargestellt.
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Auf
den in 6A dargestellten Halbleiterwafer 1 ist
eine Halbleiterschichtenfolge aufgebracht, die derart strukturiert
ist, dass sie eine Breite D aufweist, die größer ist als eine Breite d,
die für
den in 6B dargestellten Streifenlaser 21 vorgesehen ist.
Die außerhalb
der in 6A dargestellten gestrichelten
Linien 25 angeordneten Teilbereiche 26 der Halbleiterschichtenfolge
werden erst nach dem Verfahrensschritt der Ionenimplantation durch
einen weiteren Strukturierungsschritt entfernt, um den in 6B dargestellten
Streifenlaser 21 herzustellen. Auf diese Weise werden die
Seitenflanken 24 des Streifenlasers 21 bei dem
vorhergehenden Verfahrensschritt der Ionenimplantation vor einer
möglichen Schädigung geschützt.
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Bei
dem in 7 schematisch dargestellten Zwischenschritt der
Ionenimplantation bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist die Trennschicht 4 eine durch epitaktisches laterales Überwachsen
(ELOG) hergestellte Schicht. Zur Herstellung der ELOG-Schicht wird
eine Maskenschicht 27 strukturiert auf das Aufwachssubstrat 2 aufgebracht.
Alternativ könnte,
falls die Trennschicht 4 nicht direkt auf das Aufwachssubstrat 2 aufgebracht
ist, die Maskenschicht 27 auf eine in Wachstumsrichtung
unterhalb der Trennschicht 4 angeordnete Halbleiterschicht
aufgebracht sein.
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Bei
der ELOG-Maskenschicht 27 kann es sich insbesondere um
eine Siliziumnitrid- oder Siliziumoxidschicht handeln.
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Anstelle
einer ELOG-Maskenschicht 27 kann auch eine in-situ-SiN-Schicht zum Aufwachsen
der Trennschicht mittels lateralen Überwachsens verwendet werden.
Eine in-situ SiN-Schicht wird als derart dünne Schicht aufgebracht, dass
sie noch nicht zu einer kontinuierlichen Schicht zusammengewachsen ist
und somit das Aufwachssubstrat nicht vollständig bedeckt. Auf diese Weise
fungiert die in-situ-SiN-Schicht als Maskenschicht.
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Die
mittels lateralem epitaktischen Überwachsen
hergestellte Trennschicht 4 vereinfacht das Zertrennen
des Halbleiterwafers 1, da das Halbleitermaterial der Trennschicht 4 auf
den Bereichen der Maskenschicht 27, die lateral überwachsen
werden, eine vergleichsweise geringe Haftung aufweist. Der Halbleiterwafer 1 kann
daher in einer Ebene, die entlang einer der Trennschicht 4 zugewandten
Oberfläche
der Maskenschicht 27 verläuft, mit vergleichsweise geringem
Aufwand zertrennt werden.
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Besonders
bevorzugt stimmen die Struktur der ELOG-Maskenschicht 27 und die Struktur
der Maskenschicht 10, die für die Ionenimplantation verwendet
wird, überein.
In diesem Fall werden die Ionen vorteilhaft in Implantationsbereiche 13 der Trennschicht 4 implantiert,
die zwischen den lateral von der Trennschicht 4 überwachsenen
Bereichen der ELOG-Maskenschicht 27 angeordnet
sind.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist, wie in 8 schematisch dargestellt, eine
Diffusionsbarriereschicht 8 in Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge 3 oberhalb
der Trennschicht 4 angeordnet.
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Die
Diffusionsbarriereschicht 8 ist bevorzugt eine hochohmige
oder n-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht, zum Beispiel
eine mit Zn dotierte GaN-Schicht oder eine Si-dotierte n-GaN-Schicht. Insbesondere
ist die Diffusionsbarriereschicht 8 nicht p-dotiert.
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Die
Diffusionsbarriereschicht 8 vermindert vorteilhaft eine
Diffusion der in die Trennschicht 4 implantierten Ionen
in darüber
liegende Halbleiterschichten, insbesondere in die funktionelle Halbleiterschicht 5.
Das schematisch dargestellte Tiefenprofil der Konzentration K der
implantierten Ionen wird auf diese Weise nach oben hin verschmälert. Einer Schädigung der
funktionellen Halbleiterschicht durch diffundierende Ionen wird
auf diese Weise vorgebeugt.
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Bei
dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Diffusionsbarriereschicht 9 im
Gegensatz zu dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel
nicht oberhalb, sondern unterhalb der Trennschicht 4 angeordnet.
Durch die in Wachstumsrichtung unterhalb der Trennschicht 4 angeordnete
Diffusionsbarriereschicht 9 wird vorteilhaft eine Diffusion der
implantierten Ionen in das Aufwachssubstrat 2 vermindert
und das schematisch dargestellte Tiefenprofil der Konzentration
K der implantierten Ionen zum Aufwachssubrat 2 hin verschmälert.
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Besonders
bevorzugt sind, wie in 10 anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels
dargestellt, sowohl unterhalb als auch oberhalb der Trennschicht 4 Diffusionsbarriereschichten 8, 9 angeordnet.
In diesem Fall wird das Konzentrationsprofil K der implantierten
Ionen vorteilhaft auf beiden Seiten der Trennschicht 4 durch
eine Verminderung der Diffusion der Ionen in die angrenzenden Schichten
und das Aufwachssubstrat 2 verschmälert.
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Selbstverständlich kann
die anhand der 8 bis 10 erläuterte Anordnung
von Diffusionsbarriereschichten 8, 9 oberhalb
und/oder unterhalb der Trennschicht 4 mit den zuvor beschriebenen vorteilhaften
Ausgestaltungen der Trennschicht 4 kombiniert werden.
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In
den 11, 12 und 13 werden verschiedene Ausführungsformen
der Maskenschicht 10 bei Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens
anhand von schematisch dargestellten Aufsichten auf den Halbleiterwafer
nach dem Verfahrenschritt des Aufbringens der Maskenschicht gezeigt. Die
unmaskierten Bereiche 12 sind dabei im Gegensatz zu den
maskierten Bereichen 11 jeweils schraffiert dargestellt.
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Das
in 11 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine streifenförmige Maskenschicht 10, die
insbesondere bei einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung von optoelektronischen Bauelementen, wie insbesondere Streifenlasern,
verwendet werden kann. Die Breite der Streifen beträgt vorzugsweise
5 μm oder
weniger.
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Alternativ
kann die Maskenschicht 10, wie beispielsweise in den 12A und 12B dargestellt,
auch eine Gitterstruktur aufweisen. Die Gitterstruktur kann beispielsweise
ein in 12A dargestelltes Streifengitter
sein. Alternativ sind auch beliebige andere Gitterstrukturen denkbar,
wie beispielsweise die in 12B dargestellte
Gitterstruktur, die hexagonale Strukturen enthält.
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Ebenso
können,
wie in den 13A und 13B schematisch
dargestellt, punktförmige
Maskenschichten 10 verwendet werden. Die einzelnen Punkte 11 der
Maskenschicht können
dabei beliebige geometrische Formen aufweisen, beispielsweise wie in 13A dargestellt eine quadratische Form oder, wie
in 13B dargestellt, eine hexagonale Struktur. Alternativ
können
die Punkte der Maskenschicht 10 zum Beispiel runde oder
dreieckige Formen aufweisen. Die lateralen Abmessungen der Maskenpunkte 11,
zum Beispiel die Kantenlängen
bei einer quadratischen oder rechteckigen Form der Maskenpunkte 11,
betragen vorzugsweise 5μm
oder weniger.
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Die
in den 12 und 13 dargestellten
gitterförmigen
oder punktförmigen
Maskenschichten können
insbesondere bei einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
bei der Herstellung von Lumineszenzdioden eingesetzt werden.
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Die
Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele
beschränkt. Vielmehr
umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination
von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in
den Patentansprüchen
beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst
nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben
ist.