DE19959182A1

DE19959182A1 - Method for producing an optoelectronic component

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Publication number: DE19959182A1
Application number: DE1999159182
Authority: DE
Inventors: Andreas Eberhard Ploesl
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1999-12-08
Filing date: 1999-12-08
Publication date: 2001-06-28
Also published as: WO2001043185A1

Abstract

A method of fabricating a substrate suitable for the growth of a sequence of epitaxial layers thereon for the production of an optoelectronic device, wherein said sequence of layers has a first lattice constant and said substrate has a substrate lattice constant equal to or slightly different from said first lattice constant is characterised by the steps of selecting an auxiliary substrate (e.g. GaAs wafer) having a lattice equal to or slightly different from said first lattice constant and suitable for the growth of said epitaxial layers thereon, of bonding said auxiliary substrate onto a support substrate (for example GaP), having at least one desirable physical property but a lattice constant different from said first lattice constant, for example a support substrate transparent for the radiation of interest in the optoelectronic device, and of reducing the thickness of said auxialiary substrate to a smaller value. In an alternative, an epitaxial layer having a desired lattice constant for growth of the layer sequence of the desired optoelectronic device is grown onto the auxiliary substrate and, after bonding to the support substrate, the auxiliary substrate is fully removed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sub strats, das für ein Wachstum von Epitaxieschichten auf diesem geeignet ist, ein Substrat, und ein optoelektronisches Bauelement.The present invention relates to a method of manufacturing a sub strats, which is suitable for growth of epitaxial layers on this is, a substrate, and an optoelectronic component.

Bei dem Herstellungsprozeß von optoelektronischen Bauelementen ist es schwierig, wenn nicht unmöglich, ein Substrat aus allgemein erhältlichen Materialien auszuwählen, das alle Anforderungen erfüllt. Häufig werden optoelektronische Bauelemente aus Epitaxieschichten hergestellt. Epitaxie benötigt ein Substrat, dessen Kristallgitter eine Anpassungsschablone für das Wachstum der Schichten bereitstellt, die das optoelektronische Bau element umfaßt. Um eine gute Herstellbarkeit sicherzustellen, sollte das Material eine ausreichende mechanische Steifigkeit und eine gute Erhält lichkeit aufweisen. Der effiziente Betrieb des Bauelements setzt anderer seits bestimmte optische, elektronische oder thermische Eigenschaften voraus. Deshalb werden für die Herstellung von optoelektronischen Bau elementen, wie lichtemittierenden Dioden oder Lasern, die Vertikal-Hohl raum-Oberflächenemissionslaser (vertical cavity surface emitting lasers oder VSEL) umfassen, auf der Grundlage von III-V-Verbindungshalbleitern oder halbleitenden III-V-Legierungen mehrere, möglicherweise einander widersprechende Anforderungen an das Substrat gestellt. Für die Ablage rung der kristallinen Schichten ist eine Wachstumsschablone mit einer geeigneten kristallographischen Struktur erforderlich, um eine Epitaxie zu gestatten. Andererseits sollte das Substrat ein guter Leiter für Elektrizität sein, so daß das Bauelement durch das Substrat hindurch kontaktiert werden kann. Außerdem ist zur Ableitung von Wärme eine gute Wärme leitfähigkeit des Substrats erforderlich. Der Gesamtwirkungsgrad des Bauelements ist besonders kritisch. Er wird beeinträchtigt, wenn die er zeugten Photonen von dem Substrat absorbiert werden, was daher beson ders unerwünscht ist.It is in the manufacturing process of optoelectronic components difficult, if not impossible, to get a substrate from commonly available Select materials that meet all requirements. Become frequent optoelectronic components made from epitaxial layers. Epitaxy requires a substrate whose crystal lattice is an adaptation template for the growth of the layers that provides the optoelectronic construction element includes. In order to ensure good manufacturability, that should Material has sufficient mechanical rigidity and good preservation exhibit The efficient operation of the component sets others on the one hand certain optical, electronic or thermal properties ahead. Therefore, for the manufacture of optoelectronic construction elements, such as light emitting diodes or lasers, the vertical hollow vertical cavity surface emitting lasers or VSEL), based on III-V compound semiconductors or semiconducting III-V alloys several, possibly each other conflicting requirements are placed on the substrate. For filing The growth of the crystalline layers is a growth template with a appropriate crystallographic structure required to cause epitaxy allow. On the other hand, the substrate should be a good conductor of electricity be so that the component contacts through the substrate can be. Good heat is also used to dissipate heat conductivity of the substrate required. The overall efficiency of the Component is particularly critical. He will be affected if he generated photons are absorbed by the substrate, which is why which is undesirable.

Beispielsweise können bei dem Legierungssystem InGaAlP, wenn es an Galliumarsenid gitterangepaßt ist, Direktbandabstand-Halbleiterschichten abgeschieden werden, wobei der Bandabstand irgendeinen Wert im roten bis orangen Teil des sichtbaren Spektrums annimmt. Lichtemittierende Dioden dieses Legierungssystems werden deshalb auf ein Substrat aufge wachsen, dessen Bandabstand kleiner als derjenige der aktiven Schichten ist, und folglich wird ein Teil der Photonen, die in der aktiven Schicht er zeugt werden, in dem Galliumarsenidsubstrat absorbiert. Ein Ansatz, das heteroepitaktische Materialsystem beizubehalten und nichtsdestoweniger die Absorption aufgrund eines Substrats, das im Spektralbereich der akti ven Schichten undurchsichtig ist, zu vermeiden, verwendet Galliumarse nid nur als eine temporäre Wachstumsschablone. Nach Abscheidung des Schichtsystems, das die LED umfaßt, wird das Substrat weggeätzt, und ein transparentes Substrat wird an dessen Stelle durch Waferdirektbon den angebracht (siehe Angaben [1-19] der beigefügten Liste). Auf diese Weise kann man die Vorteile der weit entwickelten InGaAlP-Epitaxietech nik beibehalten, ohne einen bedeutenden Teil der erzeugten Photonen aufgrund von Substratabsorption zu verlieren. For example, in the alloy system InGaAlP, when it comes to Gallium arsenide is lattice matched, direct band gap semiconductor layers be separated, the band gap having any value in the red until it takes on an orange part of the visible spectrum. Light emitting Diodes of this alloy system are therefore placed on a substrate grow, the band gap is smaller than that of the active layers is, and consequently, part of the photons in the active layer he be produced in the gallium arsenide substrate. An approach that maintain heteroepitaxial material system and nonetheless the absorption due to a substrate that is in the spectral range of the acti veneer layers to avoid using gallium arsenic not just as a temporary growth template. After separation of the Layer system comprising the LED, the substrate is etched away, and a transparent substrate is replaced by wafer direct receipt attached (see information [1-19] in the attached list). To this Wise one can take advantage of the advanced InGaAlP epitaxial technology nik maintained without a significant part of the photons generated lose due to substrate absorption.

Typischerweise wird vor dem Ätzen und Bonden eine dicke transparente Schicht oben auf der LED abgeschieden, nicht zuletzt, um die Filmstruk tur mit einer ausreichenden Steifigkeit für die anschließende Handhabung der abgenommenen Struktur zu versehen. Das Direktbonden erfordert gewöhnlich sehr glatte und ebene Oberflächen [20]. Dicke abgeschiedene Schichten werden jedoch oft mit Rauhigkeit hervorgebracht, und die Fehlanpassung bei der Wärmeausdehnung zwischen dem Substrat und der Schicht kann eine große Wölbung hervorrufen. Beide Schwierigkeiten können überwunden werden, indem unter aufgebrachtem mechanischen Druck gebondet wird. Vom Standpunkt der Herstellbarkeit und Ausbeute aus, wäre jedoch ein Prozeß sehr erwünscht, der die Aufbringung von Druck während des Bondens vermeidet. Es ist allgemein anerkannt, daß es schwierig ist, einen Druck in einer einzigen Achse gleichmäßig über große Flächen aufzubringen. Eine ungleichmäßige Druckaufbringung kann eine plastische Verformung oder einen Bruch bewirken. Insbesonde re das Vermeiden des Bond-Schrittes nach dem Abscheiden der aktiven Schichten könnte zu einer wesentlichen Vereinfachung des Herstellungs prozesses und zu einer potentiellen Verbesserung der Ausbeute beitragen. Ein Glätten der Oberfläche mit mechanischem Druck bringt eine Verfor mung der Erhebungen mit sich, was die Rauhigkeit hervorruft, und in den meisten Fällen wird diese eine plastische Verformung sein. Diese wieder um kann die aktiven Schichten beschädigen.Typically, a thick, transparent one is used before the etching and bonding Layer deposited on top of the LED, not least to the film structure structure with sufficient rigidity for subsequent handling of the removed structure. Direct bonding requires usually very smooth and even surfaces [20]. Thick deposited However, layers are often produced with roughness, and that Mismatch in thermal expansion between the substrate and the layer can cause a large curvature. Both difficulties can be overcome by applying mechanical Pressure is bonded. From the standpoint of manufacturability and yield However, a process would be very desirable which would involve the application of Avoids pressure during bonding. It is generally accepted that it is difficult to evenly apply pressure across a single axis to apply large areas. An uneven application of pressure can cause plastic deformation or breakage. In particular re avoiding the bond step after depositing the active ones Layers could make manufacturing much easier process and contribute to a potential improvement in yield. Smoothing the surface with mechanical pressure leads to deformation with the elevations, which causes the roughness, and in the in most cases this will be a plastic deformation. This again um can damage the active layers.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, Verfahren zum Herstellen eines Substrats und Substrate bereitzustellen, die leicht mit vorhandener Tech nik realisiert werden können und die die oben beschriebenen Schwierig keiten und die Probleme von einander widersprechenden Anforderungen überwinden. It is the object of the present invention to produce a method To provide substrates and substrates that are easy to use with existing tech nik can be realized and the difficulty described above and the problems of conflicting requirements overcome.

Um dieses Ziel zu erreichen, sind die Verfahren, Substrate und optoelek tronische Bauelemente vorgesehen, die in den beigefügten Ansprüchen dargelegt und in der Beschreibung beschrieben sind.To achieve this goal are the processes, substrates and optoelek tronic components provided in the appended claims are set out and described in the description.

Daher entkoppelt die vorliegende Erfindung die verschiedenen Anforde rungen, die an das ideale optoelektronische Epitaxiesubstrat gestellt wer den, durch ein speziell kombiniertes Schichtsubstrat. Eine Schicht mit einer geeigneten Gitterkonstanten, um als Wachstumsschablone zu die nen, ist an einem Substrat mit geeigneten optischen, elektronischen, thermischen oder mechanischen Eigenschaften angebracht, so daß das kombinierte Substrat die Gesamtanforderungen erfüllt, die an das Sub strat für das optoelektronische Bauelement gestellt werden. Die Schicht oder Schichten sind an dem Substrat über Waferdirektbonden ange bracht. Die Schichten selbst können von massiven Kristallen abgenom men oder epitaktisch aufgewachsen werden. Die Schichten können von ihrem Substrat über Ätzen oder ionenstrahlinduzierte Schichtablösung (exfoliation) oder über eine Kombination beider Techniken abgenommen werden. Das Volumen dieses Verbundsubstrats muß nicht aus einem Einkristallsubstrat bestehen, sondern kann ein gesinterter, polykristalli ner oder amorpher Wafer sein.Therefore, the present invention decouples the various requirements that are placed on the ideal optoelectronic epitaxial substrate through a specially combined layered substrate. A layer with a suitable lattice constant to serve as a growth template is on a substrate with suitable optical, electronic, attached thermal or mechanical properties, so that the combined substrate meets the overall requirements for the sub strat for the optoelectronic component. The layer or layers are attached to the substrate via direct wafer bonding brings. The layers themselves can be removed from massive crystals men or growing up epitaxially. The layers can be from their substrate via etching or ion beam-induced delamination (exfoliation) or a combination of both techniques become. The volume of this composite substrate does not have to be one Single crystal substrate exist, but can be a sintered, polycrystalline ner or amorphous wafer.

Um bei dem obigen Beispiel zu bleiben, könnte ein erstes einfaches Aus führungsbeispiel der Erfindung über eine sehr dünne Galliumarsenid schicht als Wachstumsschablone auf einem transparenten Substrat reali siert werden. Zusätzlich zu Transparenz, wäre eine gute Wärme- und elektrische Leitfähigkeit ein wichtigstes Erfordernis, so daß dieses Sub strat für eine Ableitung von Wärme verwendet und auf seiner Rückseite für einen Stromkontakt elektrisch kontaktiert und als eine Stromaus breitungsschicht verwendet werden kann. Eine mögliche Materialwahl für das transparente Substrat ist deshalb Galliumphosphid, das dotiert wer den kann, um eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit zu erreichen. Wasserstoffimplantation in Galliumarsenid vor dem Bonden mit Gallium phosphid gestattet eine gute Kontrolle der abschließenden Dicke der Gal liumarsenidschicht nach dem Spalten (siehe beispielsweise US-PS 5 877 070 und CT/EP99/07230), wobei Schichtdicken, die viel dünner als 100 nm sind, undurchführbar werden. Der Nachteil dieses einfachen Ansatzes ist die Restabsorption, die durch die dünne (ca. 100 nm) Galliumarsenid schicht hervorgerufen wird. Dünne Schichten könnten über eine Kombi nation von Epitaxie und ionenstrahlinduzierter Schichtablösung realisiert werden. Eine dünne Galliumarsenidschicht kann auch auf eine Ätzstop schicht abgeschieden werden. Eine Möglichkeit ist es, die Ätzstop- und Galliumarsenidschichten auf dem Galliumarsenidsubstrat auf ein geeig netes Substrat, etwa Galliumphosphid, beispielsweise über Bonden und ionenstrahlinduzierte Schichtablösung zu übertragen. Ein anschließendes Ätzen und Entfernen der Ätzstopschicht würde eine sehr dünne Schicht aus Galliumarsenid (ca. 10 nm) zurücklassen. Dies würde das Absorpti onsproblem verringern, jedoch nicht beseitigen.To stick to the example above, a first simple off could leadership example of the invention on a very thin gallium arsenide layer as a growth template on a transparent substrate reali be settled. In addition to transparency, it would be a good heat and electrical conductivity is a key requirement so that this sub strat used for heat dissipation and on its back electrically contacted for a power contact and as a power off spreading layer can be used. A possible choice of materials for the transparent substrate is therefore gallium phosphide, which is doped can to achieve sufficient electrical conductivity. Hydrogen implantation in gallium arsenide prior to gallium bonding phosphide allows good control of the final thickness of the gal lium arsenide layer after cleavage (see for example US Pat. No. 5,877,070 and CT / EP99 / 07230), with layer thicknesses that are much thinner than 100 nm are impracticable. The disadvantage of this simple approach is the residual absorption caused by the thin (approx. 100 nm) gallium arsenide layer is caused. Thin layers could be combined nation of epitaxy and ion beam-induced layer detachment realized become. A thin layer of gallium arsenide can also be applied to an etch stop layer to be deposited. One way is to stop the etch and Gallium arsenide layers on the gallium arsenide substrate on a suitable netes substrate, such as gallium phosphide, for example via bonding and to transfer ion beam-induced layer detachment. A subsequent one Etching and removing the etch stop layer would be a very thin layer from gallium arsenide (approx. 10 nm). This would be the absorpti Reduce problem, but do not eliminate it.

Beispielsweise würde für GaAs auf GaP und Photonen mit 500 nm Wel lenlänge, was 2-5 eV Energie entspricht, eine GaAs-Schicht mit 10 nm ungefähr 10% bei normalem Durchgang absorbieren. Von Licht mit 600 nm (2 eV) würde eine GaAs-Schicht mit 25 nm ungefähr 10% bei normalem Durchgang absorbieren. For example, for GaAs on GaP and photons with 500 nm Wel length, which corresponds to 2-5 eV energy, a GaAs layer with 10 nm absorb about 10% in normal passage. Of light with 600 nm (2 eV) would make a GaAs layer with 25 nm about 10% absorb normal passage.

Ein besonders bevorzugter Ansatz würde eine dünne Galliumarsenid schicht nicht auf ein geeignetes Substrat, beispielsweise Galliumphosphid, übertragen, sondern eine gitterangepaßte Verbundhalbleiterschicht, die auf Galliumarsenid aufgewachsen ist, so daß deren Bandabstand Trans parenz in dem relevanten Spektralbereich sicherstellt. Die Schicht könnte ein im wesentlichen gitterangepaßter direkter oder vorzugsweise indirekter Halbleiter sein. Beispielsweise könnte die Schicht aus dem InGaAlP-Legie rungssystem oder dem AlInP-System entnommen werden. Eine Wasser stoffimplantation vor dem Bonden gestattet eine Übertragung der dünnen Schicht ohne den ursprünglichen Galliumarsenidwafer zu verlieren. Alter nativ könnte genauso gut ein einfacher Ätzstop-Ansatz und ein Entfernen der Galliumarsenidschicht verwendet werden. Wenn die transparente Schicht dick genug aufgewachsen wird, könnte das Spalten auch in der transparenten Schicht stattfinden.A particularly preferred approach would be a thin gallium arsenide does not layer on a suitable substrate, for example gallium phosphide, transferred, but a lattice-matched compound semiconductor layer, the has grown on gallium arsenide, so that their band gap Trans ensures parenz in the relevant spectral range. The layer could an essentially lattice-matched direct or preferably indirect Be semiconductor. For example, the InGaAlP alloy layer system or the AlInP system. A water Fabric implantation prior to bonding allows the thin to be transferred Layer without losing the original gallium arsenide wafer. Dude natively, a simple etch stop approach and removal might as well the gallium arsenide layer can be used. If the transparent If the layer was grown thick enough, the splitting could also occur in the transparent layer take place.

Ebendieselbe Idee für ein geschichtetes Epitaxiesubstrat könnte auch auf einer Gitterkonstante beruhen, die sich von der herkömmlichen, auf Gal liumarsenid beruhenden Legierungstechnik unterscheidet. Innerhalb des Beispiels der auf AlGaInP beruhenden, lichtemittierenden Dioden könnte Germanium als ein geeignetes Substrat verwendet werden. Die Abschei dung der optoelektronisch aktiven Schichten muß dann auf die unter schiedliche Gitterkonstante eingestellt werden. Die Verwendung einer un terschiedlichen Gitterkonstante eröffnet einen zusätzlichen Freiheitsgrad bei der Bandabstandseinstellung über heteroepitaktische Synthese. Da nur dünne Schichten erforderlich sind, können auch verspannte, gitterfehlan gepaßte Legierungen, wie GaAlP auf GaAs, verwendet werden. The same idea for a layered epitaxial substrate could also come up based on a lattice constant that differs from the conventional one on Gal lium arsenide based alloy technology differs. Within the For example, the light-emitting diodes based on AlGaInP could Germanium can be used as a suitable substrate. The disgust The formation of the optoelectronically active layers must then be on the under different lattice constant can be set. The use of an un Different lattice constants open up an additional degree of freedom in bandgap adjustment via heteroepitaxial synthesis. Because only thin layers are required, can also be strained, lattice matched alloys such as GaAlP on GaAs can be used.

Das Substrat, auf das die kristalline Wachstumsschablone übertragen werden soll, kann ein gesinterter oder polykristalliner oder einkristalline Wafer aus einem Material mit einer geeigneten optischen Transparenz, ei ner angemessenen elektrischen Leitfähigkeit und einer ausreichenden Wärmeleitfähigkeit sein. Das Substrat kann weniger spröde als der her kömmlich verwendete Einkristall sein, wodurch das Risiko eines Bruches während der Herstellung verringert wird. Die Rückseite des Substrats kann eben oder strukturiert sein.The substrate to which the crystalline growth template is transferred can be sintered or polycrystalline or monocrystalline Wafers made of a material with a suitable optical transparency, ei Adequate electrical conductivity and sufficient Thermal conductivity. The substrate can be less brittle than that Commonly used single crystal, reducing the risk of breakage is reduced during manufacture. The back of the substrate can be flat or structured.

In dem Fall von lichtemittierenden Dioden kann die Verwendung einer nicht monokristallinen Probe die Rohchipherstellung durch Spaltung schwierig gestalten. Jedoch kann ein Sägen der Rückseite des transpa renten Substrats eine Ausbildung von pyramidenförmigen Strukturen mit einer zusätzlichen Verbesserung der Lichtausgangsleistung gestatten [21].In the case of light emitting diodes, the use of a non-monocrystalline sample the raw chip production by cleavage make difficult. However, sawing the back of the transpa pension substrate with the formation of pyramidal structures allow an additional improvement in the light output power [21].

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden ausführlicher anhand beson derer Beispiele erläutert, wie sie in der Zeichnung veranschaulicht sind, in der:The present invention will be described more specifically hereinafter whose examples are illustrated as illustrated in the drawing in the:

Fig. 1 ein Diagramm ist, das den Bandabstand (in Elektronenvolt) und die Wellenlängen (in µm) von lichtemittierenden Dioden auf der Grundlage von III-V-Verbindungshalbleitern mit Be zug auf die Gitterkonstanten (in Å) veranschaulicht, Fig. 1 is a diagram showing the band gap (in electron volts) and the wavelength (in microns) of light emitting diodes on the basis of III-V compound semiconductors with Be train on the lattice constants (in Å) illustrates,

Fig. 2 eine Reihe von Skizzen ist, die das Grundprinzip der Sub stratherstellung gemäß der Erfindung zeigt, Fig. 2 is a series of sketches showing the basic principle of the sub stratherstellung according to the invention,

Fig. 3 eine Reihe von Skizzen ist, die eine Möglichkeit einer Reali sierung des Grundprinzips der Substratherstellung gemäß Fig. 2 veranschaulicht, Fig. 3 is a series of sketches, which tion is a possibility of Reali the basic principle of substrate production according to FIG. 2 illustrates,

Fig. 4 eine Reihe von Skizzen ist, die eine weitere Möglichkeit ei ner Realisierung des Prinzips der Substratherstellung ver anschaulicht, die in Fig. 2 veranschaulicht ist, Fig. 4 is a series of sketches, which anschaulicht another way ei ner realization of the principle of the substrate production ver, which is illustrated in Fig. 2,

Fig. 5 eine Reihe von Skizzen ist, die eine bevorzugte Möglichkeit einer Herstellung eines Substrats gemäß der Erfindung ver anschaulicht, Fig. 5 is a series of sketches, which anschaulicht a preferred way of manufacturing ver a substrate according to the invention,

Fig. 6 eine Reihe von Skizzen ist, die eine zweite bevorzugte Mög lichkeit einer Realisierung eines Substrats gemäß der vor liegenden Erfindung veranschaulicht, Fig. 6 is a series of sketches illustrating a second preferred Mög friendliness of an implementation of a substrate according to the prior lying invention,

Fig. 7 eine Reihe von Skizzen ist, die eine weitere Möglichkeit ei ner Realisierung eines Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und Fig. 7 is a series of sketches, which according to the present invention shows another possibility ei ner realization of a substrate, and

Fig. 8 Beispiele von zwei Substraten sind, die gemäß der vorlie genden Erfindung hergestellt sind. Fig. 8 are examples of two substrates made in accordance with the present invention.

In Fig. 1 ist zu sehen, daß ein GaAs-Substrat einen Bandabstand von un gefähr 1,4 eV und eine Gitterkonstante von ungefähr 5,65 Å aufweist. Außerdem ist aus dem Diagramm zu sehen, daß für irgendeinen ge wünschten Bandabstand im roten bis orangen Spektrum AlInGaP-Legie rungszusammensetzungen gefunden werden können, so daß ein kontinu ierlicher Bereich von Gitterkonstanten abgedeckt ist. Im Gegensatz dazu ist zu sehen, daß, wie es durch die vertikale punktierte Linie beispielhaft ausgeführt ist, für eine gegebene Gitterkonstante, hier diejenige von GaAs, AlInGaP-Legierungszusammensetzungen existieren, die einen kontinuier lichen Bereich von Bandabstandsenergien von ungefähr 1,90 bis ungefähr 2,35 eV bei dem gegebenen Beispiel abdecken. Dieser Bereich entspricht demjenigen roten Lichtes.In Fig. 1 it can be seen that a GaAs substrate has a band gap of approximately 1.4 eV and a lattice constant of approximately 5.65 Å. In addition, it can be seen from the diagram that AlInGaP alloy compositions can be found for any desired bandgap in the red to orange spectrum, so that a continuous range of lattice constants is covered. In contrast, it can be seen that, as exemplified by the vertical dotted line, for a given lattice constant, that of GaAs, AlInGaP alloy compositions exist that have a continuous range of bandgap energies from about 1.90 to about 2 , 35 eV in the given example. This area corresponds to that of red light.

Es ist festzustellen, daß, weil der Bandabstand von GaAs wesentlich klei ner als der Bandabstand von AlInGaP ist, Licht mit einer Energie im Be reich von 1,90 bis 2,35 leicht von dem GaAs absorbiert werden wird und somit die Lichtausbeute von einer aus AlInGaP hergestellten Diode verrin gern wird.It should be noted that because the band gap of GaAs is very small is narrower than the bandgap of AlInGaP, light with an energy in the loading ranging from 1.90 to 2.35 will be easily absorbed by the GaAs and thus reducing the luminous efficacy of a diode made from AlInGaP will like.

Das Diagramm von Fig. 1 zeigt auch direkte und indirekte Bandabstände für anders zusammengesetzte Halbleitermaterialien der Klasse III-V.The diagram of FIG. 1 also shows direct and indirect bandgaps for class III-V semiconductor materials with different compositions.

Es ist die Absicht der vorliegenden Erfindung, ein Substrat zu schaffen, das eine Gitterkonstante aufweist, die gleich derjenigen von GaAs ist oder ziemlich nahe bei dieser liegt, das für das epitaktische Wachstum einer Abfolge von Epitaxieschichten verwendet werden kann, die notwendig ist, um ein optoelektronisches Bauelement zu realisieren, jedoch ohne we sentliche Absorption von Licht durch das Substrat, und wobei das Sub strat andere erwünschte Eigenschaften für die Realisierung des optoelek tronischen Bauelements aufweist, wie gute Leitfähigkeit, mechanische Unterstützung und angemessene Wärmeleitfähigkeit. Verschiedene Mög lichkeiten, durch die dies vorgenommen werden kann, sind in den Fig. 2 bis 7 veranschaulicht, deren Beschriftung ihren Inhalt im Grunde selbst erklärend macht.It is the intention of the present invention to provide a substrate that has a lattice constant equal to or quite close to that of GaAs that can be used for the epitaxial growth of a sequence of epitaxial layers that is necessary to achieve a Realize optoelectronic component, but without substantial absorption of light by the substrate, and wherein the substrate has other desired properties for the implementation of the optoelectronic component, such as good conductivity, mechanical support and adequate thermal conductivity. Various possibilities by which this can be done are illustrated in FIGS . 2 to 7, the labeling of which basically makes their content self-explanatory.

In Fig. 2 wird ein Hilfssubstrat 10, wie GaAs, auf ein Trägersubstrat 12, wie GaP, gebondet, und das resultierende, gebondete Substrat 14 wird behandelt, um die Schicht des GaAs-Substrats 10 zu verdünnen, so daß eine verdünnte Schicht 10' mit beispielsweise ungefähr 10 nm Dicke auf dem GaP-Substrat getragen zurückbleibt. Diese GaAs-Schicht 10' ist eine geeignete Schablone für das epitaktische Wachstum einer Schichtabfolge, die notwendig ist, um ein optoelektronisches Bauelement, wie eine licht emittierende Diode, zu realisieren. Das heißt, die verdünnte GaAs-Schicht 10' weist eine Gitterkonstante auf, die derjenigen der Epitaxieschichten entspricht, die auf diese aufgewachsen werden sollen (in Fig. 2 nicht ge zeigt). Die dünne Natur der GaAs-Schicht 10' bedeutet, daß relativ wenig Licht in ihr verlorengehen wird, etwa ungefähr 10% von irgendwelchem Licht, das durch diese hindurchtritt. Das Trägersubstrat 12 aus GaP weist eine Gitterkonstante auf, die von derjenigen von GaAs verschieden ist, und wird somit für das Wachstum der Schichtabfolge auf diesem ungeeig net sein. Jedoch weist es die mechanischen, optischen und elektrischen Eigenschaften auf, die für ein Substrat für ein optoelektronisches Bau element, wie eine lichtemittierende Diode, notwendig sind.In FIG. 2, an auxiliary substrate 10, such as GaAs, on a supporting substrate 12 such as GaP, bonded, and the resulting, bonded substrate 14 is treated to dilute the film of the GaAs substrate 10, so that a thinned layer 10 ' remains, for example, about 10 nm thick on the GaP substrate. This GaAs layer 10 'is a suitable template for the epitaxial growth of a layer sequence which is necessary in order to implement an optoelectronic component, such as a light-emitting diode. That is, the thinned GaAs layer 10 'has a lattice constant corresponding to that of the epitaxial layers to be grown thereon (not shown in FIG. 2). The thin nature of the GaAs layer 10 'means that relatively little light will be lost in it, about about 10% of any light that passes through it. The carrier substrate 12 made of GaP has a lattice constant which is different from that of GaAs and will therefore be unsuitable for the growth of the layer sequence thereon. However, it has the mechanical, optical and electrical properties that are necessary for a substrate for an optoelectronic component, such as a light emitting diode.

Fig. 3 ist im Grunde Fig. 2 ähnlich, erläutert jedoch, daß das Verdünnen des Substrats 10, um die verdünnte Substratschicht 10' zu erzeugen, durch mechanische Mittel, durch chemisch-mechanische Mittel, durch plasma-chemische Mittel, oder desgleichen stattfinden kann. Fig. 3 is basically similar to Fig. 2, but illustrates that the thinning of the substrate 10 to produce the thinned substrate layer 10 'can be by mechanical means, by chemical mechanical means, by plasma chemical means, or the like .

Fig. 4 ist wieder Fig. 2 ähnlich, zeigt jedoch eine bevorzugte Ausführungs form dieser Variante der Erfindung, bei der Wasserstoffionen 16 in das GaAs-Substrat 10 implantiert werden, um vor dem Bonden eine Konzen tration von Wasserstoffionen 18 auf einer Höhe innerhalb des GaAs-Sub strats 10 zu erzeugen, so daß, nach dem Bonden des Substrats 10 mit dem Substrat 12, um das gebondete Substrat 14 zu bilden, das Substrat 10 auf der Höhe der Wasserstoffionen 18 gespalten werden kann, um zu der dünnen Schicht 10' zu gelangen, die in dem Diagramm auf der rech ten Seite von Fig. 4 gezeigt ist. Das Spalten kann thermisch oder mecha nisch eingeleitet werden. Gegebenenfalls kann die Spaltfläche über Polie ren oder durch Oberflächendiffusion oder Ätzen geglättet werden. Fig. 4 is again similar to Fig. 2, but shows a preferred embodiment of this variant of the invention, in which hydrogen ions 16 are implanted in the GaAs substrate 10 to a concentration of hydrogen ions 18 at a level within the GaAs prior to bonding -Sub strats 10 to generate, so that after bonding the substrate 10 with the substrate 12 to form the bonded substrate 14 , the substrate 10 can be cleaved at the level of the hydrogen ions 18 to the thin layer 10 ' arrive, which is shown in the diagram on the right side of Fig. 4. Splitting can be initiated thermally or mechanically. If necessary, the gap surface can be smoothed by polishing or by surface diffusion or etching.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen drei Alternativen zum Verwirklichen einer geeigne ten Wachstumsschablone zur epitaktischen Abscheidung einer Schicht abfolge, um ein optoelektronisches Bauelement zu realisieren, mit den Verfahren der Fig. 5 bis 7 unter Verwendung eines GaAs-Hilfssubstrats 10 wie zuvor, wobei jedoch vor dem Wachstum der Schichtabfolge vollständig auf dieses Hilfssubstrat verzichtet wird. Figs. 5 to 7 show three alternatives for realizing a appro priate growth template for epitaxial deposition of a layer sequence, in order to realize an optoelectronic component, the method of FIG. 5 to 7 using a GaAs auxiliary substrate 10 as before, but using this auxiliary substrate is completely dispensed with before the layer sequence grows.

Bei dem Beispiel von Fig. 5 werden daher zunächst eine Epitaxieschicht oder Epitaxieschichten 20 auf das Substrat 10 aufgewachsen, und diese weisen somit die gleiche Gitterkonstante wie das Substrat 10 auf. Diese Epitaxieschicht oder diese Epitaxieschichten können beispielsweise aus InGaAlP bestehen. Nach dem Wachstum der Epitaxieschicht oder Epita xieschichten 20 wird das Substrat 10 auf das Substrat 12 gebondet, so daß die Epitaxieschicht oder Epitaxieschichten lagenweise zwischen dem Substrat 12 und dem Substrat 10 in der gebondeten Struktur 14 ange ordnet sind. In the example of FIG. 5, an epitaxial layer or epitaxial layers 20 are therefore first grown on the substrate 10 , and these therefore have the same lattice constant as the substrate 10 . This epitaxial layer or these epitaxial layers can consist, for example, of InGaAlP. After the growth of the epitaxial layer or epitaxial layers 20 , the substrate 10 is bonded to the substrate 12 , so that the epitaxial layer or epitaxial layers are arranged in layers between the substrate 12 and the substrate 10 in the bonded structure 14 .

Danach wird die GaAs-Schicht vollständig entfernt, beispielsweise durch Ätzen oder andere Mittel, so daß nur die Epitaxieschicht oder Epitaxie schichten 20 mit der gewünschten Gitterkonstante auf dem Trägersub strat 12 mit einer verschiedenen Gitterkonstante vorhanden sind. Die Schicht oder Schichten 20, die aus InGaAlP bestehen, sind für rotes Licht transparent, wodurch praktisch kein Lichtverlust auftritt, wenn ein opto elektronisches Bauelement, wie eine rotes Licht emittierende Diode auf die freigelegte Oberfläche der Schicht oder Schichten 20 aufgewachsen wird.Thereafter, the GaAs layer is completely removed, for example by etching or other means, so that only the epitaxial layer or layers 20 with the desired lattice constant on the carrier substrate 12 are present with a different lattice constant. The layer or layers 20 , which consist of InGaAlP, are transparent to red light, whereby practically no light loss occurs when an optoelectronic component, such as a red light-emitting diode, is grown on the exposed surface of the layer or layers 20 .

In Fig. 6 wird zuerst eine Ätzstopschicht 22 auf das Substrat 10 vor dem Wachstum der Epitaxieschicht oder Epitaxieschichten 20 und vor dem Bonden auf das Trägersubstrat 12 aufgewachsen. Die gebondete Struktur 14 kann dann einem Ätzen unterzogen werden, um das GaAs-Substrat 10 hinunter bis zur Ätzstopschicht zu entfernen. Die gewünschte Schichtab folge für das optoelektronische Bauelement kann dann oben auf die Ätz stopschicht 22 aufgewachsen werden. Als eine Alternative kann die Ätz stopschicht auch entfernt werden, indem zu einer geeigneten Ätzmischung gewechselt wird, so daß, wie es ganz rechts in Fig. 6 gezeigt ist, die freige legte Oberfläche der Schicht oder Schichten 20 dann für das epitaktische Wachstum des gewünschten optoelektronischen Bauelements verwendet wird.In FIG. 6, an etch stop layer 22 is grown on the substrate 10 before the growth of the epitaxial layer or epitaxial layers 20 and prior to bonding to the carrier substrate 12 first. The bonded structure 14 can then be subjected to etching to remove the GaAs substrate 10 down to the etch stop layer. The desired layer sequence for the optoelectronic component can then be grown on top of the etching stop layer 22 . As an alternative, the etch stop layer can also be removed by switching to a suitable etch mixture so that, as shown at the far right in Fig. 6, the exposed surface of the layer or layers 20 then provides for the epitaxial growth of the desired optoelectronic Component is used.

In Fig. 7 in der oberen Reihe der Skizzen werden wieder Wasserstoffionen 16 in das Substrat 10 vor dem Wachstum der Epitaxieschicht oder Epita xieschichten 20 auf diesem implantiert. Nach dem Waferbonden mit dem Trägersubstrat 12 resultiert das gebondete Substrat 14 der oberen Reihe. Die GaAs-Schicht 10 kann dann auf der Höhe der "Wasserstoffionen schicht" gespalten werden, und das restliche Material des GaAs-Substrats 10, d. h., zwischen der Wasserstoffionenschicht und der Epitaxieschicht 20 wird, beispielsweise durch Ätzen, entfernt.In Fig. 7 in the top row of the sketches, hydrogen ions 16 are again implanted in the substrate 10 before the epitaxial layer or epitaxial layers 20 grow thereon. After wafer bonding with the carrier substrate 12 , the bonded substrate 14 of the upper row results. The GaAs layer 10 can then be cleaved at the level of the "hydrogen ion layer" and the remaining material of the GaAs substrate 10 , ie between the hydrogen ion layer and the epitaxial layer 20 , is removed, for example by etching.

Wie es ganz rechts in Fig. 7 gezeigt ist, legt dies eine Oberfläche der Epita xieschicht oder den Epitaxieschichten 20 frei, die für das Wachstum des optoelektronischen Bauelements verwendet werden kann bzw. können, wobei die Epitaxieschicht oder Epitaxieschichten 20 wieder von dem Trä gersubstrat 12 getragen ist. Als eine Alternative, die in der mittleren Reihe gezeigt ist, könnten zunächst die Epitaxieschichten 20 auf das Substrat 10 aufgewachsen werden, und dann könnte eine Ionenimplantation aus geführt werden, so daß wieder eine Struktur erzeugt wird, die der Struk tur rechts in der oberen Reihe der Fig. 7 entspricht, die wieder mit dem Trägersubstrat 12 gebondet ist.As shown on the far right in FIG. 7, this exposes a surface of the epitaxial layer or the epitaxial layers 20 , which can be used for the growth of the optoelectronic component, the epitaxial layer or epitaxial layers 20 again from the carrier substrate 12 is worn. As an alternative, which is shown in the middle row, the epitaxial layers 20 could first be grown on the substrate 10 , and then an ion implantation could be carried out, so that again a structure is created which corresponds to the structure on the right in the top row corresponds to FIG. 7, which is again bonded to the carrier substrate 12 .

Als eine weitere Alternative, die in der unteren Reihe von Fig. 7 gezeigt ist, kann die Ionenimplantation auf eine solche Weise ausgeführt werden, daß die "Ionenschicht" 18 nicht in dem Substrat 20 sondern vielmehr in der Epitaxieschicht oder den Epitaxieschichten 20 vorgesehen ist. Nach dem Waferbonden und Teilen an der implantierten Wasserstoffionenschicht, wird das Substrat 10 zusammen mit einem Teil der Epitaxieschichten 20 in einem Schritt entfernt, so daß kein restlicher Teil des Hilfssubstrats 10 durch Ätzen entfernt werden muß.As a further alternative, shown in the bottom row of FIG. 7, the ion implantation can be carried out in such a way that the "ion layer" 18 is not provided in the substrate 20 but rather in the epitaxial layer or layers 20 . After wafer bonding and parting on the implanted hydrogen ion layer, the substrate 10 is removed together with part of the epitaxial layers 20 in one step, so that no remaining part of the auxiliary substrate 10 has to be removed by etching.

Schließlich zeigt Fig. 8 zwei typische Beispiele von erfindungsgemäß er zeugten Substraten, die für das Wachstum einer Schichtabfolge geeignet sind, um optoelektronische Bauelemente zu bilden. Bei Beispiel 1 von Fig. 8 würde die Schichtabfolge oben auf der dünnen GaAs-Schicht aufge wachsen werden, und bei Beispiel 2 würde sie auf der freigelegten Ober fläche der InGaAlP-Schicht aufgewachsen werden.Finally, FIG. 8 shows two typical examples of substrates produced according to the invention which are suitable for the growth of a layer sequence in order to form optoelectronic components. In Example 1 of Fig. 8, the layer sequence would be grown on top of the thin GaAs layer, and in Example 2 it would be grown on the exposed surface of the InGaAlP layer.

Es ist jedoch nicht wesentlich, GaAs als das Hilfssubstrat zu verwenden. Statt dessen könnte man beispielsweise ein leicht erhältliches Ge-Substrat verwenden. Wie es oben gezeigt wurde, gestattet eine geringfügige Verän derung der Legierungszusammensetzung die Einstellung der Gitterkon stante der Schichten des optoelektronischen Bauelements. Hier unter scheidet sich die Gitterkonstante geringfügig von derjenigen, die typi scherweise für die Schichtabfolge des optoelektronischen Bauelements verwendet wird. Andererseits kann der geringfügige Unterschied ein gro ßer Vorteil sein, da nun Bauelemente mit verspannter Schicht aufgewach sen werden können, die vorzügliche Eigenschaften aufweisen können. Ei ne Grenze für den Fehlanpassungsgrad der Gitterkonstante ist erreicht, wenn Kristallfehler auftreten, die das Wachstum der Schichtabfolge von Epitaxieschichten in einer Qualität verhindern, die notwendig ist, um ein leistungsfähiges optoelektronisches Bauelement zu realisieren.However, it is not essential to use GaAs as the auxiliary substrate. Instead, you could, for example, use an easily available Ge substrate use. As shown above, slight changes are allowed the alloy composition, the setting of the lattice con constant of the layers of the optoelectronic component. Here under the lattice constant differs slightly from that of the typi usually for the layer sequence of the optoelectronic component is used. On the other hand, the slight difference can be big ßer advantage, because now components with a strained layer woke up can be sen, which can have excellent properties. Egg a limit for the degree of mismatch of the lattice constant has been reached, when crystal defects occur that affect the growth of the layer sequence of Prevent epitaxial layers in a quality that is necessary in order to to implement powerful optoelectronic component.

Es ist festzustellen, daß die Erfindung eine allgemeine Anwendbarkeit aufweist und in jedem Fall verwendet werden kann, wenn ein Substrat für eine besondere Anwendung speziell hergestellt werden muß und nicht als ein Standard-Wafer erhältlich ist. Das heißt, die Erfindung ist nicht auf III-IV-Matrixsysteme beschränkt.
Quellenverzeichnis
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List of sources
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[21] RH Haitz, "Light-emitting diode with diagonal faces," by Hewlett-Packard Company (Palo Alto, CA), U.S. Patent 5,087,949, 1992.

Claims

1. A method for producing a substrate which is suitable for the growth of a sequence of epitaxial layers thereon to produce an optoelectronic component, the layer sequence having a first lattice constant and the substrate having a substrate lattice constant which is the same or slightly different from that is the first lattice constant, the method being characterized by the following steps:

a) an auxiliary substrate (e.g. a GaAs wafer) with a lattice constant is selected which is the same or slightly different from the first lattice constant and is suitable for the growth of the epitaxial layers thereon,
b) the auxiliary substrate is bonded to a carrier substrate (for example GaP) which has at least one desired physical property, but has a lattice constant that is different from the first lattice constant, for example a carrier substrate which is for the radiation of interest in the optoelectronic component is transparent,
c) the thickness of the auxiliary substrate is reduced to a smaller value.

2. The method of claim 1 including the step of water material ions are implanted in the auxiliary substrate at a height that at least essentially corresponds to the smaller value, then Step b) is carried out, and then the thickness of the auxiliary sub strats is reduced by being at the level of what was implanted is split.

3. A method for producing a substrate which is suitable for the growth of a sequence of epitaxial layers thereon to produce an optoelectronic component, the layer sequence having a first lattice constant and the substrate having a sub lattice constant which is the same or slightly different from that is the first lattice constant, the method being characterized by the following steps:

a) an auxiliary substrate (e.g. a GaAs wafer) is selected which has a lattice constant which is the same or slightly different from the first lattice constant and is suitable for the growth of the epitaxial layers thereon,
b) at least one epitaxial layer (for example GaAlInP) is grown on the auxiliary substrate, the at least one epitaxial layer having a lattice constant which is the same as the first lattice constant or slightly different from the first lattice constant, and is suitable for the growth of the sequence of epitaxial layers thereon is
c) the auxiliary substrate, which has at least one epitaxial layer, on a carrier substrate (for example GaP) which has at least a desired physical property, but has a lattice constant that is different from the first lattice constant (for example a carrier substrate for the radiation of interest in the optoelectronic component is transparent) is bonded, and
d) the auxiliary substrate is removed in order to leave the at least one epitaxial layer bonded to the carrier substrate.

4. The method of claim 3, wherein the at least one epitaxy layer an etch stop layer and one or more further epitaxy layers, and wherein the auxiliary substrate following Step b) is at least partially removed by etching.

5. The method of claim 4, wherein the etch stop layer then is removed by further etching.

6. The method of claim 3 including the step of water material ions are implanted in the auxiliary substrate at a height that corresponds at least essentially to the smaller value, then the Steps b) and c) are performed, and then the thickness of the auxiliary substrate is reduced by being at the level of the planted hydrogen ions is split.

7. The method of claim 6, wherein the remaining portion of the auxiliary sub strats over the at least one epitaxial layer on the carrier substrate is bonded, then, for example by etching, Will get removed.

8. The method according to any one of the preceding claims, the Step includes a sequence of epitaxial layers for the generation supply of an optoelectronic component to either one free laid surface of the auxiliary substrate with reduced thickness or on an exposed surface of the at least one epitaxial layer is grown.

9. Substrate for the growth of a sequence of epitaxial layers in order to form an optoelectronic component, the substrate produced according to a method according to any one of claims 1 to 7 is.

10. Optoelectronic component with a sequence of epitaxy layers that have grown on a substrate that according to one Method according to one of claims 1 to 7 is produced.