(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体構成素子の製造のための方法であって、半導体層（２）は基板（１）からレーザパルス（６）の照射によって分離され、前記レーザパルス（６）のパルス持続時間は１０ｎｓよりも小さいか又は１０ｎｓに等しい、半導体構成素子の製造のための方法において、
前記レーザパルス（６）は空間的なビーム強度分布曲線（７）を有し、該空間的なビーム強度分布曲線（７）の裾野部分の勾配は、半導体層（２）と基板（１）との分離の際に熱的に誘導された横方向の歪みによって生じる前記半導体層（２）における亀裂が回避されるように選択され、
基板（１）からの分離の前に、半導体層（２）は前記基板（１）とは正反対の側において支持体（４）にハンダ付けされる
ことを特徴とする、半導体構成素子の製造のための方法。
【請求項２】
レーザパルス（６）は空間的にガウス分布ビーム強度分布曲線を有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
レーザパルス（６）はＮｄドープされたレーザ活性媒体を有する固体レーザから発生されることを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
レーザパルス（６）は、レーザ活性媒体としてのＮｄ：ＹＡＧによって発生されることを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
レーザパルス（６）はエキシマレーザから発生されることを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
【請求項６】
レーザパルス（６）のレーザ波長は２００ｎｍと４００ｎｍとの間にあることを特徴とする、請求項１〜５のうちの１項記載の方法。
【請求項７】
レーザパルス（６）のレーザ波長は３００ｎｍと４００ｎｍとの間にあることを特徴とする、請求項６項記載の方法。
【請求項８】
レーザパルス（６）は半導体層（２）に入射され、照射された領域内で前記レーザパルス（６）によって発生されるエネルギ密度は１００ｍＪ／ｃｍ２と１０００ｍＪ／ｃｍ２との間にあることを特徴とする、請求項１〜７のうちの１項記載の方法。
【請求項９】
前記エネルギ密度は２００ｍＪ／ｃｍ２と４００ｍＪ／ｃｍ２との間にあることを特徴とする、請求項８項記載の方法。
【請求項１０】
半導体層（２）の複数の個別領域（８）が順次照射されることを特徴とする、請求項１〜９のうちの１項記載の方法。
【請求項１１】
照射される前記個別領域が、装置全体の面積を被覆することを特徴とする、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
基板（１）はレーザパルス（６）に対して少なくとも部分的に透過性を有し、半導体層（２）は前記基板（１）を貫いて照射されることを特徴とする、請求項１〜１１のうちの１項記載の方法。
【請求項１３】
半導体層（２）は基板（１）からの分離の前にパターン化されることを特徴とする、請求項１〜１２のうちの１項記載の方法。
【請求項１４】
半導体層（２）のパターン化のためにこの半導体層（２）には凹部が形成されることを特徴とする、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記凹部は導体層（２）を基板（１）まで切断していることを特徴とする、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
パターン化された半導体層（２）には続いてパッシベーション層（１０）が設けられることを特徴とする、請求項１３〜１５のうちの１項記載の方法。
【請求項１７】
前記パッシベーション層（１０）は電気絶縁性であることを特徴とする、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
製造中の基板と半導体層と支持体との間の歪みを低減するために、支持体の熱膨張率は、レーザパルスのビーム強度分布曲線及び／又はパルス持続時間及び半導体層の熱膨張率及び基板の熱膨張率に合わせて選択されることを特徴とする、請求項１〜１７の１項記載の方法。
【請求項１９】
支持体の熱膨張率は基板の熱膨張率よりも半導体層の熱膨張率に近いように選択されることを特徴とする、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
支持体（４）はガリウム砒素、シリコン、ゲルマニウム、銅、鉄、ニッケル、コバルト、モリブデン、タングステン又はこれらの材料の混合物又は合金を含むことを特徴とする、請求項１〜１９のうちの１項記載の方法。
【請求項２１】
半導体層（２）は、金及び／又は錫又はパラジウム及び／又はインジウムを含むハンダによって支持体（４）にハンダ付けされることを特徴とする、請求項１〜２０のうちの１項記載の方法。
【請求項２２】
前記ハンダは、６５重量％と８５重量％との間の成分量を有する金を含むことを特徴とする、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
半導体層（２）を支持体（４）に接合する前に、基板（１）とは正反対の側の半導体層（２）の側面に金属被覆が被着されることを特徴とする、請求項１〜２２のうちの１項記載の方法。
【請求項２４】
前記金属被覆は金及び／又は白金を含むことを特徴とする、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
半導体層（２）は多数の個々の層を含むことを特徴とする、請求項１〜２４のうちの１項記載の方法。
【請求項２６】
前記個々の層のうちの少なくとも１つは、窒化物半導体を含むことを特徴とする、請求項２５のうちの１項記載の方法。
【請求項２７】
窒化物半導体は第３主族及び／又は第５主族の元素の窒化物であることを特徴とする、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記個々の層のうちの少なくとも１つは、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮを含み、ただしここで０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１及びｘ＋ｙ≦１であることを特徴とする、請求項２６又は２７記載の方法。
【請求項２９】
前記個々の層のうちの少なくとも１つは、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＮ又はＩｎＮを含むことを特徴とする、請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
基板（１）はシリコン、シリコンカーバイド又は酸化アルミニウム又はサファイアを含むことを特徴とする、請求項１〜２９のうちの１項記載の方法。
【請求項３１】
半導体層（２）はエピタキシ方法によって基板（１）上に堆積されることを特徴とする、請求項１〜３０のうちの１項記載の方法。
【請求項３２】
半導体層（２）は５０μｍより小さいか又は５０μｍに等しい厚さを有することを特徴とする、請求項１〜３１のうちの１項記載の方法。
【請求項３３】
半導体層（２）は２０μｍより小さいか又は２０μｍに等しい厚さを有することを特徴とする、請求項３２項記載の方法。
【請求項３４】
半導体層（２）は１μｍより小さいか又は１μｍに等しい厚さを有することを特徴とする、請求項３３項記載の方法。
【請求項３５】
半導体構成素子は発光ダイオード又はレーザダイオードであることを特徴とする、請求項１〜３４のうちの１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体構成素子の製造のための方法に関し、この方法では半導体層は基板からレーザパルスによる照射によって分離される。
【０００２】
このような方法は例えば基板のない光放出ダイオード（ルミネセンスダイオード）をＧａＮに基づいて製造する際に使用される。このような構成素子は半導体ボディ及び支持体部材を含み、この支持体部材に半導体ボディが固定されている。半導体ボディの製造のためには、まず最初に半導体層が適当な基板の上に製造され、次に支持体に接合され、その後、基板から引き離される。支持体の上に配置された半導体層を有する支持体を切り分けることによって、例えば鋸断することによって多数の半導体ボディが生じ、これらの半導体ボディはそれぞれ相応の支持体部材上に固定されている。この場合、重要なことは、半導体層の製造のために使用された基板が半導体層から除去され、同時に支持体乃至は支持体部材として構成素子において使用されないことである。
【０００３】
この製造方法は、様々な材料が基板及び支持体のために使用されるという利点を有する。これによって、それぞれの材料が半導体層製造の異なる要求及び動作条件に大きく互いに依存することなく適合されうる。よって、支持体は、その機械的、熱的及び光学的な特性に相応して、半導体層の製造のための基板に対する要求には無関係に選択され得る。
【０００４】
とりわけ半導体層のエピタキシャルな製造はエピタキシ基板に対して数多くの特別な要求を課す。例えば基板の格子定数と堆積すべき半導体層の格子定数とが互いに適合しなくてはならない。さらに、基板はエピタキシ条件、とりわけ１０００℃以上までの温度に耐えなければならず、当該半導体材料のできるだけ均一な層のエピタキシャル成長に適さなくてはならない。
【０００５】
これに対して、半導体ボディの後続処理及び動作のために、例えば電気及び熱伝導率ならびにオプトエレクトロニクス構成素子の場合にはビーム透過率のような支持体の他の特性が重要となる。従って、エピタキシ基板に適した材料は構成素子における支持体部材としてはしばしば条件付きでしか適していない。最終的には、例えばシリコンカーバイド基板のようなとりわけ比較的高価なエピタキシ基板においては、基板を何回も使用できることが望ましい。
【０００６】
上記の製造方法においては、半導体層の基板からの剥離が重要である。この剥離は半導体・基板境界面をレーザビームにより照射することによって達成される。この場合、レーザ照射は境界面の近傍において吸収され、そこで半導体材料の分解を惹起する。
【０００７】
基板からの半導体層の分離は例えば刊行物ＷＯ９８／１４９８６に記述されているようなレーザ剥離によって行われる。この場合、サファイア基板からのＧａＮ及びＧａＩｎＮ層の剥離のために、１ｎｓと１０ｎｓとの間のパルス持続時間及び３５５ｎｍの波長を有するＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザの周波数３倍化照射が使用される。サファイア基板はこの波長のビームに対してはトランスペアレントである。照射エネルギーはサファイア基板とＧａＮ半導体層との間の接合部における約５０ｎｍから３００ｎｍまでの厚さの境界層において吸収される。２００ｍＪ／ｃｍ２より上のパルスエネルギの場合には、境界面において８５０℃以上の温度が達成される。ＧａＮ境界層はこの温度において窒素の遊離により分解し、半導体層と基板との間の接合が分離される。
【０００８】
通常は剥離すべき半導体層の機械的安定化が必要である。なぜなら層厚が小さいので、さもなければ層の損傷、とりわけ破断又は亀裂の危険性が存在するからである。このために、半導体層は適当な支持体に接合される。このような接合は、少なくとも後続の製造ステップにおいて生じる温度を損傷なしに克服する程度に温度安定性を持つべきである。さらに、この接合はとりわけ構成素子の動作において生じうる温度変化負荷においても安定的でありつづけるべきである。
【０００９】
この場合、個々のレーザパラメータは剥離プロセスの結果に対して決定的に重要であることが明らかである。とりわけ、レーザパラメータは、半導体層ができるだけ完全にかつ残滓なしに剥離され、他方で上記の支持体との接合が損なわれないように、互いに調整されなければならない。
【００１０】
本発明の課題は、半導体層がレーザ照射によって基板から分離される、半導体構成素子のための改善された製造方法を開発することである。
【００１１】
上記課題は特許請求項１記載の方法によって解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項の対象である。
【００１２】
本発明は、半導体材料の分解のための所与のエネルギにおける基板からの半導体層のできるだけ完全な及び残滓なしの剥離のためには、とりわけパルス持続時間とビームプロフィールとが互いに調整されて適合されるべきであるということに基づいている。パルス持続時間は、短時間で半導体層の熱的分解のために基板との境界面において必要な温度が達成されるように選択されるべきである。しかし、この場合、半導体層への全エネルギ供給及びこれに伴う半導体層の温度上昇が全体として僅少に保持され、支持体との接合が損なわれないように考慮されなければならない。とりわけ支持体と半導体層とのハンダ接合の融解は回避されるべきである。なぜなら、さもなければ、剥離プロセスにおいて望ましくないことだが支持体と基板とが半導体層から剥離してしまう危険性があるからである。
【００１３】
本発明の枠内において、１０ｎｓより小さいか又は１０ｎｓに等しいパルス持続時間が有利であることが明らかとなった。とりわけ実験によれば１０ｎｓより大きいパルス持続時間、例えば１５ｎｓでは支持体と半導体層との間のハンダ接合は既に部分的に融解しうることが示された。
【００１４】
さらに本発明の枠内において、１０ｎｓより小さいか又は１０ｎｓに等しいパルス持続時間を有するレーザパルスによる分離の際には、空間的にガウス分布ビームプロフィールが有利であることが検出された。レーザパルスによる照射においてその都度レーザパルス内の照射された領域と照射されていない周囲との間では温度差が半導体層において生じ、この温度差は横方向における相応に異なる熱膨張に基づいて機械的な歪みをもたらす。空間的なビームプロフィールのエッジ急峻度（Flankensteilheit）の上昇にともなって、熱勾配も大きくなり、これによって最終的には機械的応力が半導体層において亀裂を喚起する危険性が大きくなる。空間的なガウス分布ビームプロフィールはこの場合有利であることが判明した。この場合、半導体層における亀裂が回避されるようにエッジ急峻度が選択されるべきである。ローレンツ分布プロフィール（Lorentzprofil）、相応のエッジ急峻度を有する超ガウス分布プロフィール（Hypergaussprofil）も、又は、さらにガウス分布、ローレンツ分布又は超ガウス分布状のエッジを有するプロフィールもビームプロフィールとして使用できる。
【００１５】
本発明によれば、半導体層を基板からレーザパルスによる照射によって分離し、このレーザパルスのパルス持続時間は１０ｎｓより小さいか又は１０ｎｓに等しく、レーザパルスは空間的なビームプロフィールを、有利にはガウス分布ビームプロフィールを有し、このビームプロフィールのエッジ急峻度は小さく選択され、半導体層と基板との分離の際に熱的に誘導される横方向の応力により生じる半導体層における亀裂が回避される。
【００１６】
有利には、本発明ではレーザパルスはＮｄドープされたレーザ活性媒体、とりわけＮｄ：ＹＡＧ又はＮｄ：ＹＬＦ又はＮｄ：ＫＧＷを有する固体レーザから発生される。主放射波長は約１０６０ｎｍ（例えばＮｄ：ＹＡＧの場合には１０６４ｎｍ）であり、この結果、剥離のために有利な波長が紫外線スペクトル領域において非線形光学素子による周波数３倍化によって達成されうる。有利には分離に使用されるレーザパルスの波長は２００ｎｍと４００ｎｍとの間に、とりわけ有利には３００ｎｍと４００ｎｍとの間にある。
【００１７】
代替的に、レーザパルスはエキシマレーザによっても発生されうる。とりわけレーザ媒体として希ガス−ハロゲン化合物を有するエキシマレーザは、紫外線スペクトル領域における有利な放射波長及び典型的には１ｋＷと１００ＭＷとの間にある高いパルスピーク出力によって優れている。
【００１８】
エキシマレーザは通常はむしろ急峻なエッジを有する矩形状のビームプロフィールを有するので、相応のビーム形成器が設けられ、このビーム形成器はビームプロフィールを十分にフラットなエッジを有する空間的ビームプロフィール、有利にはガウス分布ビームプロフィールに変換する。
【００１９】
比較的大きな横方向の膨張を有する半導体構成素子では有利には、照射面のあまりにも大きな広がりを回避するために、互いに隣接して配置される半導体層の個別領域を照射する。この場合、有利には、照射される個別領域が装置全体の面積を被覆するようにレーザビーム及び／又は半導体層を有する基板をガイドする。
【００２０】
有利には本発明では半導体層と基板との間の直接的な境界面領域がレーザパルスで照射され、この結果、照射エネルギが境界面近傍で吸収され、そこで材料分解をもたらす。これは、基板がレーザビームに対して透過的であり、半導体層が基板を貫いて照射されることによって達成される。この装置では通常はレーザビームの吸収は基板でよりも半導体層ではるかに大きく、この結果、レーザビームは基板をほぼ損失なしに通過し、高い吸収に基づいて境界面近傍で半導体層において吸収される。
【００２１】
注意すべきは、ビーム吸収は必ずしも材料分解の箇所において行われる必要がないことである。材料分解は、ビームがまず最初に別の箇所で吸収され、次に材料分解の箇所への吸収されたビームエネルギのエネルギトランスポートが行われる。場合によっては、ビームは基板においても吸収され、次にビームエネルギが半導体層にトランスポートされる。
【００２２】
本発明の有利な実施形態は、半導体層を基板からの分離の前にパターン化し、この半導体層が多数の単一の半導体ボディに分けられる。例えば、このためにトレンチ状の凹部が半導体層に形成され、これらの凹部が形成すべき半導体ボディを横方向から取り囲み、有利には基板までの深度に達する。このような凹部は例えば適当なエッチング方法によって製造される。このいわゆる「チップパターン化（Chipstrukturierung）」によって有利には半導体層は横方向に少なくとも部分的に中断される。これによって半導体層における機械的な歪みが低減される。
【００２３】
有利には、半導体層乃至は半導体ボディには次いでパッシベーション層が設けられる。このパッシベーション層はパターン化によって露出された半導体ボディの側面を保護する。この場合、次の方法ステップで半導体ボディの露出された側面にまで到達しうる導電性材料による半導体層の短絡を回避するために、非導電性パッシベーション層は有利である。
【００２４】
本発明の別の局面では、分離の前に半導体層が基板の側とは正反対の側面において支持体に取り付けられ、有利にはハンダ付けされる。ハンダ接合は従来の接着剤接合に比べて高い熱伝導率及び電気伝導率によって優れている。
【００２５】
ハンダとしては有利には金含有ハンダ、例えば金−錫ハンダが使用される。例えば６５重量％と８５重量％との間の高い金成分量を有する金−錫ハンダがとりわけ有利である。
【００２６】
このようなハンダの融解温度は典型的には２７８℃であり、従って通常電気的構成素子のハンダ付けの際に生じる温度よりも高い。例えばハンダ温度は導体プレートへのハンダ付けの場合には通常は２６０℃より低い。よって、構成素子のハンダ付けにおいて半導体ボディが支持体部材から剥離することが防止される。
【００２７】
さらにハンダとしては例えばパラジウム−インジウムハンダが適しており、このパラジウム−インジウムハンダの構成成分は約２００℃の比較的低い初期温度において混合され、混合の後では有利には６６０℃以上の高い融解温度を有する。
【００２８】
このような接合は、例えば半導体層に金層を被着し、支持体に金−錫層を被着し、次いで支持体と半導体層とが接合されることによって製造されうる。この場合、半導体層と金属層との間に更に別の層を設けることも可能であり、これらの更に別の層は例えば半導体層の保護又は良好な付着を保証する。
【００２９】
僅少な接合抵抗及び有利なハンダ特性に関して、支持体の方を向いた側面において半導体層に支持体へのハンダ付けの前に接合金属被覆を設けることが有利である。このためには例えば白金−金金属被覆が適している。
【００３０】
本発明の更に別の局面では、支持体の熱膨張率が半導体層の熱膨張率及び／又は基板の熱膨張率ならびにレーザパルスのパルス持続時間に調整されてマッチするように選択される。
【００３１】
一般に熱膨張率の調整とは、製造の際に生じる乃至は動作において設けられる温度領域において半導体層及び支持体の損傷が生じない程度に熱膨張率の差が小さいことであると解釈する。とりわけこれによって基板、半導体層及び支持体の間の歪みが製造中に明らかに低減されうる。支持体及び半導体層における亀裂形成の危険性がこれによって大きく低下する。
【００３２】
なるほど半導体表面において達成される温度はこの半導体層の層厚を介して明らかに低下するが、半導体層の支持体側においてレーザパルスの領域では約２００℃〜４００℃までの温度が達成される。従って、半導体層内でも支持体内でも照射される領域の内側及び外側において局所的に異なる温度に基づいて、半導体材料及び支持体材料の一般に異なる熱膨張率のために、引張応力が生じる。この引張応力はそれぞれ照射された領域の縁部における半導体材料の観察される亀裂形成をもたらしうる。
【００３３】
亀裂が生じたこのような半導体層の後続処理の際には、例えば、酸が亀裂に沿って半導体層の下へと入り込み、そこで例えばボンディング金属被覆を破壊する。
【００３４】
本発明では有利にはその熱的特性が特に剥離プロセスに適合されているような支持体材料が使用される。この場合、有利には、支持体材料は、支持体の熱膨張率が基板の熱膨張率よりも半導体層の熱膨張率に近いように選択される。このような選択によって半導体層における亀裂の形成は効果的に低減されるか又は全く回避される。
【００３５】
注意すべきは、本発明では、基板、支持体及び半導体層の熱的特性の適合はできるだけ完全な及び残滓なしの剥離のために有利であることである。しかし、本発明は、１０ｎｓより小さいか又は１０ｎｓに等しい短いパルス持続時間に基づいて熱的特性のこの適合への要求がより長いパルス持続時間による従来の方法の場合よりも僅少であるという利点も有する。従って、本発明は一方ではできるだけ良好な剥離を達成するために使用される。他方では本発明の枠内では有利にはその熱的特性に関してたとえ最適でなくても適当しており、例えば後続のプロセスステップのために簡略化された処理可能性、より大きな寸法におけるより容易な使用可能性又はより僅少なコストのような他の望ましい特性を有する支持体材料が使用される。
【００３６】
本発明はとりわけ窒化物半導体を含む半導体層に適している。窒化物半導体は例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＩｎＮ又はＡｌＮのような化学元素の周期系の第３主族及び／又は第５主族の元素の窒化物である。半導体層はこの場合、異なる窒化物半導体の複数の単一層も含みうる。よって、半導体層は例えば従来のｐｎ接合部、二重ヘテロ構造、単一量子井戸構造（ＳＱＷ構造）又は多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有する。このような構造は当業者には公知であり、従ってここではこれ以上詳しくは説明しない。有利には例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザダイオードの形式の光放出ダイオードのようなオプトエレクトロニクス構成素子においてこのような構造が使用される。
【００３７】
半導体層乃至は単一層のうちの少なくとも１つは、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、ただしここで０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１及びｘ＋ｙ≦１、とりわけＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＮ又はＩｎＮを含む。
【００３８】
窒化物半導体には例えばガリウム砒素、シリコン、ゲルマニウム、銅、鉄、ニッケル、モリブデン、コバルト又はタングステン又は例えば鉄、ニッケル及び／又はコバルトに基づく合金を含む支持体が適している。
【００３９】
窒化物半導体層のエピタキシャルな製造のための基板としては例えばシリコン、シリコンカーバイド又は酸化アルミニウム乃至はサファイア基板が適しており、サファイア基板は有利には半導体層の分離のために使用されるとりわけ紫外線スペクトル領域のレーザビームに対して透過的である。これによって半導体層の剥離の際に基板を貫く半導体層の照射が可能になる。
【００４０】
本発明の方法は薄膜チップ（同義語：thinfilmchips）において有利に適用されうる。この薄膜チップは大抵の場合約５０μｍより小さい厚さを有する半導体層を有する。薄膜チップは例えばオプトエレクトロニクスチップ、例えば光放出ダイオードチップのようなとりわけビーム発生チップである。
【００４１】
薄膜光放出ダイオードチップはとりわけ次のような特徴によって優れている。すなわち、
支持体エレメントの方に向いたビーム発生エピタキシ層列の第１の主面において反射層が被着又は形成され、この反射層はエピタキシ層列において発生される電磁放射の少なくとも一部分をこれの中へと反射し、
薄膜光放出ダイオードチップは良好な近似において均等拡散面放射器（Lambert'scher Oberflaechenstrahler）であり、
エピタキシ層列は２０μｍ以下の領域の、とりわけ１０μｍの領域の厚さを有し、
エピタキシ層列は混合構造を有する少なくとも１つの面を有する少なくとも１つの半導体層を有し、この混合構造は理想的な場合にはエピタキシャルなエピタキシ層列における光のほぼエルゴード的な分布をもたらし、すなわちこれはできるだけエルゴード的に確率的な散乱特性を有する。
【００４２】
薄膜光放出ダイオードチップの基本原理は、例えばI.Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett.63(16), 18, October 1993, 2174-2176 に記述されており、この論文の開示内容は本発明の参照文献である。注意すべきは、本発明はなるほどとりわけ薄膜光放出ダイオードチップに関するが、これに限定されるものではないということである。むしろ本発明は薄膜光放出ダイオードチップの他にもあらゆるその他の薄膜半導体ボディに対しても適している。
【００４３】
本発明の他の利点及び特徴的構成は図１〜３と共に以下の本発明の２つの実施例の記述から得られる。
【００４４】
図１ａ〜１ｅは５つの中間ステップに基づく本発明の方法の第１の実施例の概略図を示し、
図２は図１に示された方法におけるレーザパルスのビームプロフィールの概略図を示し、
図３ａ〜３ｅは５つの中間ステップに基づく本発明の方法の第２の実施例の概略図を示す。
【００４５】
同一の又は同じように作用するエレメントは図面において同一の参照符号が付けられている。
【００４６】
図１に図示された方法の第１のステップ、図１ａでは、基板１の上に半導体層２が被着される。これは窒化物半導体層、例えばＩｎＧａＮ層であり、このＩｎＧａＮ層はエピタキシャルにサファイア基板上に成長する。さらに、半導体層２は多数の単一層を含むことも可能である。これらの多数の単一層は例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ又はＩｎＡｌＧａＮを含んでいてもよく、互いに順番に基板１上に成長される。
【００４７】
次のステップ、図１ｂでは、半導体層２に基板とは正反対の側において接合金属被覆３を設けられる。接合金属被覆３は例えば薄い金及び／又は白金含有層の形で蒸着又はスパッタリングされうる。
【００４８】
次に接合金属被覆３の上に支持体４がハンダ付けされる。図１ｃ。ハンダ５として有利には金含有ハンダ、例えば６５重量％と８５重量％との間の、有利には７５重量％の金成分量を有する金−錫ハンダが使用される。このようなハンダ接合は高い熱伝導率及び温度変化負荷の下での高い安定性によって優れている。
【００４９】
支持体４としては例えばガリウム砒素ウェハが使用され、このガリウム砒素ウェハはサファイアと同じような熱膨張率を有する。
【００５０】
有利には、支持体４はモリブデンから成るボンディングウェハの形で設けられる。このボンディングウェハの熱膨張率ａ（Ｍｏ）＝５．２１×１０−６Ｋ−１及びサファイア基板の熱膨張率ａ（Ａｌ２Ｏ３）＝７．５×１０−６Ｋ−１は相対的に互いに近い。この結果、半導体層２において熱的に誘導される歪みは有利には僅少に保持される。さらに、モリブデンは十分に粘性があり強靱であり、この結果ボンディングの際に及びボンディング温度から室温への冷却の際にこのモリブデンボンディングウェハにおける亀裂は生じない。
【００５１】
ガリウム砒素ウェハの代わりに本発明ではゲルマニウムウェハも使用できる。ゲルマニウムの熱膨張率はガリウム砒素のそれに類似しており、この結果、これに関しては差異はほとんど生じない。しかし、ゲルマニウムウェハはガリウム砒素ウェハに比べてより容易に鋸断可能であるという利点を有し、とりわけ砒素を含有した有毒な鋸断くずが生じない。さらにゲルマニウムウェハは機械的により安定している。よって、例えば２００μｍの厚さのゲルマニウムウェハによって既に十分な安定性が達成される。これに対して、相応するガリウム砒素ウェハの厚さは６００μｍより大きい。有利にはこの場合ゲルマニウムウェハを後続の方法ステップにおいて表面加工によって薄く削る必要もない。最後に、ゲルマニウムウェハは通常ガリウム砒素ウェハよりも明らかにコスト安である。
【００５２】
有利には、ゲルマニウムウェハと共に金含有ハンダ又はハンダとして金自体が使用される。これによりとりわけ半導体層との堅固な接合が達成される。とりわけ有利には任意に金−アンチモン表面層が設けられうる金蒸着ゲルマニウムウェハが設けられる。
【００５３】
続くステップ、図１ｄでは、基板１を貫いてレーザパルス６によって半導体層２が照射される。照射エネルギは主に半導体層２において吸収され、半導体層２と基板１との間の境界面において材料分解を惹起し、この結果、次いで基板１が取り外される、図１ｅ。レーザパルス６はＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザによって発生され、非線形光学素子によって周波数３倍化され、この結果、約３５５ｎｍの波長を有するレーザパルス６が半導体層２に入射される。レーザパルスのパルス持続時間は７ｎｓであるか、又は、変形実施例では１０ｎｓである。さらにレーザパルスのエネルギは、このレーザパルスの空間的中心においてエネルギ密度が１００ｍＪ／ｃｍ２と１０００ｍＪ／ｃｍ２との間に、有利には２００ｍＪ／ｃｍ２と４００ｍＪ／ｃｍ２との間にあるように選定される。
【００５４】
一方で、重要なことは、本発明では入射されて半導体層の境界面近傍で吸収されるビームエネルギは、局所的に基板１と半導体層２との間の境界面において材料分解に十分な高い温度が生じるように選択されることであり、この十分な高い温度は支持体４と半導体層との接合部５が損傷を受けない例えば融解しない程度まで半導体層の層厚を介して低下する。これは１０ｎｓより小さい又は１０ｎｓに等しいレーザパルスの短いパルス持続時間によって達成される。
【００５５】
他方で、所与のパルス持続時間及びパルスエネルギにおいてビームプロフィールは剥離されるべき層において亀裂が生じないように適合される。レーザパルスの横断ビームプロフィールは図２に図示されている。プロットされているのは線分Ａ−Ａに沿ったビーム強度である。このビームプロフィールはほぼガウス分布状である。上記の短いパルス持続時間と共に、このようなビームプロフィールは有利であることが判明した。なぜなら、横方向のエッジがあまりにも急激には降下せず、従って、照射される領域とこれに隣接する照射されない領域との間の流れるような移行が成立するからである。これは横方向の温度勾配を低減し、この結果、半導体層において機械的な歪み及び亀裂形成が低減される。
【００５６】
一般的に本発明ではビームプロフィールのエッジ急峻度は僅少に選択され、分離の際に熱的に誘導される機械的な応力に基づく亀裂が回避される。適当なエッジ急峻度は、レーザパルスの中心における一定のエネルギ密度においてエッジ急峻度が例えばレーザパルスの直径によって段階的に変化され、その都度これにより照射されるサンプルに基づいて、所望通りに亀裂が剥離プロセスにおいて回避されるのかどうかが判定されることによって例えば実験的にもとめられる。場合によっては、複数の実験が実施され、統計的に評価される。
【００５７】
図３には本発明の更に別の実施例が図示されている。図１に示された実施例の場合のように、まず最初に基板１上に半導体層２が被着される。半導体層２は第１の実施例の場合のように１つ又は複数の窒化物半導体を含み、多数の単一層を含み、サファイア基板上に成長されうる。有利には、この半導体層はビーム発生のために使用され、相応の活性ビーム発生ゾーン１１を有する。
【００５８】
次のステップ、図３ｂでは、半導体層にはまず最初に上側面に接合金属被覆９が設けられる。個々の半導体ボディ７を製造するために、半導体層が次いでパターン化され、基板までの複数の凹部８が半導体層に形成される。これらの凹部８は形成すべき半導体ボディ７を横方向から取り囲む。例えば、このような凹部８は半導体層にエッチングされうる。このチップパターン化は、横方向の凹部８によって所定のフレキシビリティが生じ、機械的な応力が半導体層において低減され得るという利点を有する。
【００５９】
次に半導体層２乃至は半導体ボディ７の上に有利には電気絶縁性パッシベーション層１０、例えば窒化ケイ素層が半導体表面を保護するために被着される。このパッシベーション層１０はとりわけ凹部によって露出された半導体ボディの側面も被覆する。これによって後続のステップにおいて導電性材料が露出された側面に到達し、例えば活性層を短絡することが防止される。さもなければ、後続の支持体のハンダ付けに際にハンダがこれらの側面をぬらしてしまうかもしれないし、又は、後ほど行われる基板の剥離の際の残滓が、例えばＧａＮベースの層の金属性ガリウムがこれらの側面に付着し、このような短絡を惹起してしまうかもしれない。
【００６０】
この場合、有利には、露出した側面及び基板領域の層状被覆が行われ、凹部の完全な充填は回避されるようにパッシベーション層１０は寸法設定される。接合金属被覆のパッシベーション層による被覆（図示せず）は再び除去される。
【００６１】
その後、半導体層２乃至は半導体ボディ７及び場合によってはその間にある領域８が図１ｄに示された実施例の場合のように１０ｎｓより小さいか又は１０ｎｓに等しいパルス持続時間の及びビームプロフィールにおいて十分に僅少なエッジ急峻度のレーザパルスによって照射される。
【００６２】
最後のステップ、図３ｅにおいて、基板は既に図１ｅにおいて記述されたように取り外され除去される。
【００６３】
ここに記述された実施例に基づく本発明の説明は自明のことながらこれに限定されるものではない。むしろ実施例の個々の局面ははるかに自由に本発明の枠内において互いに組み合わされうる。さらに、本発明はそれぞれの新しい特徴的構成ならびにこれらの特徴的構成の組み合わせを含み、このことはこれらの組み合わせが明示的に特許請求項に記載されていなくともとりわけ特許請求項における特徴的構成の各々の組み合わせを包含している。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１ａ〜１ｅは５つの中間ステップに基づく本発明の方法の第１の実施例の概略図を示す。
【図２】図２は図１に示された方法におけるレーザパルスのビームプロフィールの概略図を示す。
【図３】図３ａ〜３ｅは５つの中間ステップに基づく本発明の方法の第２の実施例の概略図を示す。
【符号の説明】
【００６５】
１  基板
２  半導体層
３  接合金属被覆
４  支持体
５  ハンダ
６  レーザパルス
７  半導体ボディ
８  凹部
９  接合金属被覆
１０  パッシベーション層
【図１Ａ】
0004662918.tif 000002
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
0004662918.tif 000004
【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２】
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【図３Ａ】
0004662918.tif 000008
【図３Ｂ】
0004662918.tif 000009
【図３Ｃ】
0004662918.tif 000010
【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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