(57)【要約】本発明は半導体基板（５）における表面層（４）を熱処理する方法に関する。この表面層（４）にはレーザ（１）から生じるレーザパルス（２）が送出される。この方法を用いて殊にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体についてのオーミックコンタクトが形成される。
2005500698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板（５）における表面層（４）を熱処理する方法において、
前記表面層（４）を持続時間＜０．１μｓ及びの放射エネルギ密度１０から１０００ｍＪ／ｃｍ２のレーザパルスでもって熱処理することを特徴とする、表面層を熱処理する方法。
【請求項２】
前記半導体基板（５）はバンドギャップ＞２．５ｅＶのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料を有し、前記表面層（４）は殊に１から１５０ｎｍの厚さを有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記表面層（４）はドナーまたはアクセプタを包含する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記表面層（４）を金属から形成する、請求項１または２記載の方法。
【請求項５】
前記表面層（４）を、それぞれ＞０．０１質量％の成分のＰｔ、Ｍｇ、Ｚｎのグループからなる少なくとも１つの元素を有する材料から形成する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記半導体基板（５）を少なくとも部分的にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から形成する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記半導体基板（５）を少なくとも部分的に、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１及びｘ＋ｙ≦１のＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮから形成する、請求項６記載の方法。
【請求項８】
持続時間＜１ｎ秒のレーザパルスを使用する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記レーザパルスに波長＜４５０ｎｍのレーザビームを使用する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記表面層（４）を前記レーザパルスによって融解する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
レーザパルスを連続して前記表面層（４）に放射する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記レーザパルスを、該レーザパルスのパルス持続時間の１万倍よりも長い時間的な間隔をおいて放射する、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記半導体基板（５）に所定のパターンのマスクを用いてレーザパルスを印加する、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記半導体基板（５）をレーザパルスとレーザパルスの間に空間的にずらす、請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
前記表面層（４）におけるコンタクトのために設けられている面の縁にレーザパルスを印加する、請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
前記表面層（４）におけるコンタクトのために設けられている面にレーザパルスを印加する、請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】
前記表面層（４）に、前記半導体基板（５）内に形成されている構成素子の測定後に、測定されたパラメータを制御するためにレーザパルスを印加する、請求項１から１６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１８】
前記表面層（４）に別の強化層を被着する、請求項１から１７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１９】
前記強化層はＺｎ及びＭｇのグループからなる少なくとも１つの元素を包含する、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記表面層へとＡｌ２Ｏ３または０＜ｘ≦２、０≦ｙ≦１のＳｉＯｘＮｙからなるパッシベーション層を配置する、請求項１から１９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２１】
前記半導体基板（５）上に前記表面層（４）を被着する前に、該半導体基板（５）の表面にレーザパルスを放射する、請求項１から２０までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、殊に２．５ｅＶよりも大きいバンドギャップを有する化合物半導体材料からなる、１から１５０ｎｍの厚さの表面層を半導体基板に被着し、熱処理を施す方法に関する。本発明は殊に化合物半導体材料、有利にはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料を基礎とする発光半導体素子を製造する方法に関する。
【０００２】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる表面層を熱処理するためのこのような方法が公知である。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は通常の場合、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＡｓまたはＧａＮを基礎とする半導体、すなわち、例えば０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１及びｘ＋ｙ≦１の一般的な組成ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＰ、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓまたはＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮを有する半導体材料である。
【０００３】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から形成された基板表面には、一般的に金属からなる表面層が被着される。表面層はこの表面層の下にあるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のためのドーピング材料を包含することができる。引き続き半導体基板は炉へと運ばれ、高周波、ＵＶランプまたはホットプレートを用いて加熱される。
【０００４】
このようにして形成されるコンタクトの品質は、表面層から半導体基板へと原子が激しく拡散するにもかかわらずしばしば不十分である。
【０００５】
ＵＳ  ６，１１０，８１３  Ａからレーザビームを用いて表面を処理する方法が公知である。この方法は適切なレーザビームの波長において、レーザビームがＳｉＣからなる基盤によって吸収されない、または極僅かにしか吸収されないために、金属層は選択的に加熱されるという利点を有する。このことはレーザビームの光子エネルギがＳｉＣからなる基盤のバンドギャップよりも小さい場合である。
【０００６】
この従来技術を基礎として本発明の課題は、表面層の改善された熱処理方法を提供することである。
【０００７】
この課題は本発明によれば、表面層が０．１μ秒よりも短い、または０．１μ秒の持続時間且つ１０から１０００ｍＪ／ｃｍ２の放射エネルギ密度のレーザパルスでもって熱処理されることによって解決される。
【０００８】
０．１μ秒よりも短い、または０．１μ秒の持続時間且つ１０から１０００ｍＪ／ｃｍ２の放射エネルギ密度のレーザパルスを使用することにより、放射される表面の直ぐ下にある材料のみが加熱される。放射エネルギ密度が高いので、レーザパルスが終了する頃の表面層内の温度は、一般的に１０００℃以上であり、また典型的には１μ秒よりも短いタイムスケールにおいて急速に低下する高い最大値に達する。半導体基板の内部へと拡がる熱拡散前線部も、数μｍの深さにおいて既に温度の最大値の分数（Bruchteil）へと降下する。したがって本発明による方法では、放射される表面の下にある薄い層のみが加熱され、他方残りの半導体基板では僅かに温度が上昇するに過ぎない。したがって本発明による方法を用いて、半導体基板全体を加熱する必要性が生じることなく、熱処理を所期のように局所的に実施することが可能である。したがって本発明による方法では、半導体基板の構造及び組成が表面層の熱処理によって不利に変化する可能性は低い。殊に活性領域へのドーピング材料または他の不純物の注入、格子ひずみの上昇または不所望な低減も懸念する必要はない。殊に材料系ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮにおいては、半導体基板におけるｐドーピングのドーピングレベルを低減させるドナーとして作用するＮ空格子点の形成を阻止することができる。
【０００９】
本発明の有利な実施形態では、表面層の表面には所定のパターンに応じて局所的にレーザパルスが印加される。
【００１０】
熱拡散前線部が急速に後退するので、表面層をラテラル方向においても局所的に加熱することができる。この特性を、例えば半導体基板内に形成される活性領域に所期のように電流を供給するために、表面層と半導体基板との間の抵抗を要求に応じて増大または低減させることに使用することができる。
【００１１】
本発明の有利な構成及び実施形態は従属請求項に記載されている。
【００１２】
本発明のさらなる利点及び有利な実施形態は図１から３に関連させて以下に説明する実施例から生じる。ここで、
図１は本方法を実施するための装置の概略図である。
図２は発光ダイオードの順電圧の変化とレーザパルスの放射エネルギ密度との関係を示すグラフである。
図３は発光ダイオードの順電圧と表面層に衝突するレーザパルスとの関係を示すグラフである。
【００１３】
本発明を実施するために、例えば図１に示したようにレーザ１を使用することができ、このレーザ１のレーザビーム２は光導体ファイバ３へと結合され、この光導体ファイバ３を用いて半導体基板５上の表面層４へと配向される。
【００１４】
この関係において半導体基板５は所定の組成の単結晶ディスクだけではなく、層列が被着されている単結晶基板ウェハからなるディスクとも解される。半導体基板は例えば発光ダイオードのための機能を有する半導体チップの層列であっても良い。
【００１５】
この関係において表面層４は半導体基板５へと被着された層と解することができる。ここではこの層をコンタクト層とすることができ、このコンタクト層はこのコンタクト層に取り付けられる線と半導体基板との間のオーミックコンタクトを形成するために使用される。
【００１６】
図１に示した装置はパルス化されたレーザビームを形成する。０．１μ秒以下、有利には１ｎ秒以下の持続時間、且つ１０から１０００ｍＪ／ｃｍ２の放射エネルギ密度を有するレーザパルスによって、１から１５０ｎｍの厚さの表面層内の温度は１０００℃以上の最大値に達し、１μｓより短いタイムスケールで急速に降下する。半導体基板５の内部へと拡散する熱拡散前線部も、数μｍの深さにおいて既に温度についての最高の最大値の分数へと降下する。放射される面の下方における加熱される体積体の厚さｄに関しては次式が当てはまる。
【００１７】
【数１】
2005500698.tif 000003
【００１８】
ここでΔｔはレーザパルスのパルス持続時間であり、Ｄは拡散率である。
【００１９】
拡散率Ｄは熱伝導率λと別個の体積体熱容量ＣＶとの商から生じ、大部分の半導体材料では典型的には０．５から２ｃｍ２秒のオーダにある。
【００２０】
温度に関する最大値はオーダ的に等しい。すなわち、
【００２１】
【数２】
2005500698.tif 000004
【００２２】
ここでＥはＷｃｍ２における放射エネルギ密度であり、ｄは加熱される体積体の厚さである。この固有の体積体熱容量ＣＶは半導体に関してはは約１．５Ｊ／Ｋｃｍ３である。
【００２３】
この式に応じて、ＵＶ光からなる０．１ｎ秒の長さのレーザパルスが放射される表面の下にある１５０ｎｍの厚さの体積体のみを加熱する。パルスの放射エネルギ密度が約５０ｍＪ／ｃｍ２である場合には約１５００℃の温度に達する。
【００２４】
したがってパルス持続時間によって所期のように加熱される体積体の厚さを確定することができ、他方では放射エネルギ密度によって体積体において達する温度の最大値を調節することが可能である。
【００２５】
この方法を用いて放射エネルギ密度及びレーザパルスの持続時間に応じて、例えばショットキー接触障壁を低減または増加させることができる。
【００２６】
図２には例示的に、光導体ファイバ３の端部とコンタクト層４との間の距離ｄに依存する、発光ダイオードのための半導体基板５における順電圧Ｕｆの変化（ΔＵ）がプロットされている。
【００２７】
本発明を実施するために、ＧａＮベースのエピタキシャル層を有する、発光ダイオードのための半導体基板が選択された。エピタキシャル層はｐｎ接合部を包含していた。ｐ側では発光ダイオードにプラチナコンタクトの形態で表面層４が設けられた。このプラチナコンタクトは２００μｍの直径と８ｎｍの厚さを有した。このプラチナコンタクトは接触され、２０ｍＡの順電流が供給された。それと同時に、プラチナコンタクトと半導体基板５との間の電圧差が電位計を用いて測定された。電圧差はレーザパルスによる表面層４の表面への放射の前後に測定された。測定は放射エネルギ密度Ｅを変化させるために、それぞれ表面層４の表面からのレーザファイバ３の種々の距離ｄにおいて繰り返された。レーザパルスは１ｎ秒の持続時間のレーザパルスであり、ここでは１００のレーザパルスが連続して１０Ｈｚの周波数でもって表面層４に送出された。
【００２８】
測定結果は表１及び図２から得られる。ΔＵはレーザパルスの放射によるプラチナコンタクトと半導体基板との間の電圧差の変化をボルト単位で表したものである。
【００２９】
【表１】
2005500698.tif 000005
【００３０】
測定される半導体基板は測定前には３．９５Ｖの順電圧、続いて測定後に好適な場合には０．３Ｖの電圧変化に応じて３．６５Ｖの順電圧Ｕｆを有した。
【００３１】
０．８５ｍｍ以下の距離では順電圧は劣化する。この順電圧の劣化はｐドーピングされた半導体領域の活性領域またはプラチナコンタクトの損傷に起因する。
【００３２】
これに対して、表面層４と半導体基板５との間のオーミックコンタクトの改善に応じる順電圧Ｕｆの降下は、表面層４に隣接する半導体基板５のエピタキシャル層の領域におけるドーピング材料の活性化、または半導体材料の表面近傍でのプラチナコンタクトとの合金化に起因する。１μｍよりも短い最大距離の表面近傍の領域においてドーピング材料の活性化を行うことができる。表面層４の金属の半導体基板との合金化は１０ｎｍより長く、しかしながら１μｍよりも短い深さまで行われる。
【００３３】
パルスの数に依存する順電圧の特性も興味深い。図３にはレーザパルスの数Ｎに依存する順電圧Ｕｆの変化（ΔＵ）がプロットされている。この測定は１．３ｍｍの距離ｄにおいて実施された。図３からは、電圧を最初のレーザパルスでもって既に０．０３Ｖほど降下させられることが見て取れる。その後同一の結果を得るためにはさらに２つのレーザパルスが必要であり、続けて５つのレーザパルス、次のステップでは１０のレーザパルスが必要である。約１０００のレーザパルス以降では順電圧の低減はもはや測定できない。
【００３４】
そのように処理された表面層５は安定した老化特性も示す。すなわち数週間の経過後でも老化は示されないか、極僅かな０．０１から０．０３Ｖの老化が示されるに過ぎない。
【００３５】
殊に有利には既述の方法を用いて、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮからなる層のｐドーピングの降下をドーピングが弱まる（Umdotierung）まで実施できる。このようにして電流印加のラテラル方向の制限が可能である。例えば、表面層４をエッチング法により構造化することができ、その結果半導体基板５の表面層４によって保護される領域はｐドーピングが高められ、他方では半導体基板の非保護領域は、上側の加熱及びその結果生じるＮ空格子点の形成に起因する低減されたｐ導電率を示す。
【００３６】
同時にマスクとして使用されるこのような表面層５には、殊にＭｇまたはＺｎを包含する金属が適している。
【００３７】
電流印加のラテラル方向の制限は、殊にＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮベースのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体において可能である。
【００３８】
以下では本発明の一連の別の見解が示されている。
【００３９】
上述のように、レーザパルスのパルス列は光導体ファイバを通過し半導体基板５へと配向される。パルスの数は２から１００の間が望ましく、個々のレーザパルスの時間的な間隔は表面層４が冷却のための十分な時間を有することを保証するために、パルス持続時間の１万倍以上であることが望ましい。
【００４０】
さらに本方法をウェハに適用する場合にはレーザビームを一様ではなく、空間的なパターンでウェハへと配向させることができる。パターンを例えばピンホールマスクを用いて実現することができる。このパターンは通常の場合後のチップラスタサイズに対応する。
【００４１】
ウェハステッパ方法を使用することも考えられ、この方法では先ずウェハの空間的に区切られたある部分がレーザパルスを用いて放射され、続けてウェハを空間的にずらした後にこのウェハの別の部分が放射され、その結果最終的にはウェハ全体が一様にレーザパルスでもって放射される。レーザパルスが印加される面はチップラスタ内に存在することが望ましい。
【００４２】
コンタクト線をボンディングするために設けられているコンタクト個所の下方において電流が半導体基板５、殊に半導体基板５の活性領域へと供給されることが回避されるべき場合には、コンタクト個所のために設けられている面を所期のように放射することができ、この際パルス持続時間及び放射エネルギ密度は表面層４と半導体基板５との間の電気的な接触特性が劣化されないように選択される。
【００４３】
これとは反対に、コンタクト個所の縁における電流経過を改善するために、このコンタクト個所のために設けられている面の縁を所期のように放射することも可能である。コンタクト個所が円形状に構成されている場合には、例えばコンタクト個所の周囲のリング状のオーミックコンタクトを改善することも有利である。表面層５と半導体基板との間のオーミックコンタクトを所期のように変化させることができるので、チップ特性の測定後にチップを所望の値にトリムする（trimmen）ためにレーザパルスの放射を所期のように実施することができる。好適にはレーザパルスのパラメータ、例えば放射エネルギ密度、レーザパルス持続時間及びレーザパルス数を最初の測定結果または中間の測定結果に応じて調節または制御することができる。
【００４４】
機械的な接着特性（Hafteigenschaft）を制御するために、または既に半導体基板５へと注入されたドーピング材料を活性化させるために、またはこのドーピング材料の短距離拡散を支援するために、半導体基板５上に表面層４を被着する前に既に半導体基板の表面にレーザパルスを放射することも有利となりうる。
【００４５】
半導体基板５のドーピングを弱めるまたは強めるために、表面層４内にドナーまたはアクセプタを包含させることができる。
【００４６】
レーザパルスの放射の終了後には、表面層４に別のコンタクト層を被着し、ボンディング線をこのコンタクト層に取り付けることができる。
【００４７】
レーザパルスが放射された表面層またはコンタクト層に、Ａｌ２Ｏ３または０＜ｘ≦２、０≦ｙ≦１のＳｉＯｘＮｙからなるパッシベーション層を析出することも考えられる。
【００４８】
ここに記述した方法を用いて、表面近傍の半導体層の導電特性をラテラル方向においてもトランスバーサル方向においても制御することが可能である。本方法をＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に適用することができる。本方法を組成ＡｌＩｎＧａＮを有する材料に適用することは殊に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本方法を実施するための装置の概略図である。
【図２】発光ダイオードの順電圧の変化とレーザパルスの放射エネルギ密度との関係を示すグラフである。
【図３】発光ダイオードの順電圧と表面層に衝突するレーザパルスとの関係を示すグラフである。
【国際公開パンフレット】
2005500698.tif 000006
2005500698.tif 000007
2005500698.tif 000008
2005500698.tif 000009
2005500698.tif 000010
2005500698.tif 000011
2005500698.tif 000012
2005500698.tif 000013
2005500698.tif 000014
2005500698.tif 000015
2005500698.tif 000016
2005500698.tif 000017
2005500698.tif 000018
2005500698.tif 000019
2005500698.tif 000020
2005500698.tif 000021
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005500698.tif 000022
【国際調査報告】
2005500698.tif 000023
2005500698.tif 000024
2005500698.tif 000025
2005500698.tif 000026
2005500698.tif 000027
2005500698.tif 000028
2005500698.tif 000029
2005500698.tif 000030