(57)【要約】【課題】砒化ガリウムをベースとした材料系においても剥離技術を可能にした、ウェハ基板に被着されている犠牲層を備えている、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を有しているエピタキシャル基板。【解決手段】犠牲層のバンドギャップは周辺の基板のバンドギャップより小さい。【選択図】図１
2007103936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ基板に被着されている犠牲層を備えている、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を有しているエピタキシャル基板であって、該犠牲層のバンドギャップは周辺の基板のバンドギャップより小さいという
エピタキシャル基板。
【請求項２】
ウェハはＧａＡｓを含んでいる
請求項１記載のエピタキシャル基板。
【請求項３】
エピタキシャル基板は少なくとも１つのエピタキシャル層を有しており、該エピタキシャル層のバンドギャップは犠牲層のバンドギャップより大きい
請求項１または２記載のエピタキシャル基板。
【請求項４】
犠牲層のバンドギャップはＧａＡｓのバンドギャップより小さい
請求項１から３までのいずれか１項記載のエピタキシャル基板。
【請求項５】
犠牲層はＧｅ、ＧａＡｓＮ、ＧａＡｓＳｂまたはＩｎＧａＡｓを含んでいる
請求項１から４までのいずれか１項記載のエピタキシャル基板。
【請求項６】
エピタキシャル基板は少なくとも１つの格子整合層を有している
請求項１から５までのいずれか１項記載のエピタキシャル基板。
【請求項７】
エピタキシャル基板は少なくとも１つのエッチストップ層を有している
請求項１から６までのいずれか１項記載のエピタキシャル基板。
【請求項８】
エピタキシャル基板は少なくとも１つの超格子を有している
請求項１から７までのいずれか１項記載のエピタキシャル基板。
【請求項９】
犠牲層はダイレクトバンドギャップを有している
請求項１から８までのいずれか１項記載のエピタキシャル基板。
【請求項１０】
犠牲層の格子構造はウェハの格子構造に整合されている
請求項１から５および請求項７から９までのいずれか１項記載のエピタキシャル基板。
【請求項１１】
エピタキシャル基板の成長側にトレンチまたは凹部が配置されており、該トレンチまたは凹部の深さは少なくとも、犠牲層にまで達している
請求項１から１０までのいずれか１項記載のエピタキシャル基板。
【請求項１２】
エピタキシャル基板に少なくとも１つの発光ダイオード構造が配置されている
請求項１から１１までのいずれか１項記載のエピタキシャル基板。
【請求項１３】
少なくとも１つのＬＥＤ構造上に代替基板に接続するのに適した接続層が配置されている
請求項１１記載のエピタキシャル基板。
【請求項１４】
請求項１から１０までのいずれか１項記載のエピタキシャル基板を用いて製造されている
ＬＥＤ薄膜チップ。
【請求項１５】
−  半導体ウェハ、例えばＧａＡｓを有しているウェハを用意し、
−  犠牲層を被着し、該犠牲層のバンドギャップはウェハの周辺の基板のバンドギャップより小さい
ステップを有しているエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項１６】
犠牲層を、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を有しているエピタキシャル層によって成長させる
請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
犠牲層を構造化する
請求項１５または１６記載の方法。
【請求項１８】
エピタキシャル層を構造化する
請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
−  ウェハ基板に被着されている犠牲層を備えているエピタキシャル基板を用意し、該犠牲層のバンドギャップはウェハの周辺の基板のバンドギャップより小さく、
−  エピタキシャル基板に少なくとも１つのＬＥＤ構造を成長させ、
−  ＬＥＤ構造を代替基板と接続し、
−  犠牲層の少なくとも部分的な熱的破壊によりウェハ基板を解離し、
−  少なくとも１つのＬＥＤ構造を個別化する
ステップを有している少なくとも１つのＬＥＤ薄膜チップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャル基板、殊にＩＩＩ−Ｖ族半導体をベースとした薄膜半導体チップを製造するためのエピタキシャル基板、エピタキシャル基板の製造方法並びに薄膜半導体チップ、殊にＬＥＤ、レーザまたはＩＲ（赤外線）ダイオードの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜半導体チップの使用は最近殊に、ＬＥＤおよびレーザまたはＩＲダイオードのような放射放出素子の製造の際にますます大きくなる重要さを増している。
【０００３】
この形式の薄膜半導体チップは例えば、ＤＥ１００５９５３２号に記載されている。薄膜半導体チップの製造の際にエピタキシャル基板上に発光ダイオード構造が正著され、その後代替基板と接続されかつ引き続いて発光ダイオード構造はエピタキシャル基板から分離される。その際薄膜フィルムの分離はこれまでは大抵、薄膜フィルムと代替基板との接続後にまずエピタキシャル基板を研磨によって薄膜化しかつその後エッチング工程においてエピタキシャル基板の残りを除去することによって行われる。その際本来のエピタキシャル基板は完全に破壊される。
【０００４】
ＵＳ６４２０２４２号に、窒化ガリウム薄膜を解離するための別の方法が記載されている。その際窒化ガリウム構造はサファイアウェハ上に堆積され、この窒化ガリウム層は代替基板と接続されかつその後にレーザ光の照射により窒化ガリウム層が加熱される。この加熱により、窒化ガリウムの領域における水晶構造が局所的に破壊されることになる。残っているガリウムを完全に溶かすための更なる加熱と関連したガス状の窒素の放出により、薄膜フィルムはエピタキシャル基板から剥離される。しかしこの形式の方法はこれまで薄膜チップの製造のための窒化ガリウム層をベースとした場合にしか利用することができない。その理由は、窒化ガリウム層の加熱により気体窒素を放出することができるからである。
【特許文献１】ＤＥ１００５９５３２号
【特許文献２】ＵＳ６４２０２４２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、コスト面で有利な形式および仕方で改良を図ることである。
【０００６】
本発明の別の課題は、その他の材料系、殊に砒化ガリウムをベースとした材料系においても剥離技術を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題はそれぞれの独立請求項に記載の特徴を有する本発明により解決される。
【０００８】
本発明の有利な実施形態および発展形態は従属請求項の対象である。
【０００９】
本発明によればウェハに犠牲層が配置されており、その際ウェハの犠牲層のバンドギャップは周辺の基板のバンドギャップより小さい。殊に犠牲層のバンドギャップはウェハの基板結晶のバンドギャップより小さい。
【００１０】
犠牲層の上方にエピタキシャル層が被着されているとき、犠牲層のバンドギャップは特別有利には該エピタキシャル層のバンドギャップより小さい。
【００１１】
犠牲層と接続されてウェハは次のようなエピタキシャル基板を形成する：この形式のエピタキシャル基板はそれから光、レーザ光によって照射され、その際の波長はウェハもしくは成長されたエピタキシャル層のバンドギャップのエネルギーの相応する波長よりも大きいが、犠牲層によって吸収される。この照射により犠牲層は選択的に加熱される。この加熱によって犠牲層の結晶構造は狙い通り破壊される。
【００１２】
分解生成物は周辺材料より強い吸収性を有しているので、この工程は自己制限的に行われるようにすることができる。
【００１３】
本発明を用いてウェハの、別の被着されている層または構造もしくはストラクチャからの分離が例えば薄膜技術を使用して、ウェハが破壊されずかつ再び使用することができるように可能である。
【００１４】
犠牲層の上に説明した照射は有利には高められた周囲温度において、真空中、水中または別の媒体において実施される。分解生成物は高められた温度において早期の酸化が妨げられ、真空中において分離層からより効率よく取り除かれ、水中において取り出されるまたは水素により水素化物に変換されるようにすることができる。
【００１５】
本発明では有利には、ウェハは砒化ガリウムを含んでいるまたは主要には砒化ガリウムを有しているようになっている。
【００１６】
本発明では有利には、エピタキシャル基板に少なくとも１つのエピタキシャル層が配置されている。その際犠牲層はウェハとエピタキシャル層との間に配置されている。特別有利にはエピタキシャル層は、格子定数がその上に堆積されるべき薄膜層半導体チップ構造に相応している材料組成を有している。エピタキシャル層は更に、薄膜層半導体チップ構造の製造に対する基礎を成す。
【００１７】
本発明では更に有利には、犠牲層のバンドギャップは砒化ガリウムのバンドギャップより小さい。この形式の砒化ガリウム薄膜層半導体チップの製造の際、レーザビームを用いた意図的な選択的加熱が可能になるように、犠牲層のバンドギャップは砒化ガリウムのバンドギャップより小さくなければいけない。
【００１８】
エピタキシャル基板が少なくとも１つのエッチストップ層を有しているようにすれば特別有利な本発明の実施例が生じる。特別有利にはこのエッチストップ層は犠牲層の上側ないし下側に配置されている。この形式のエッチストップ層を使用すれば、薄膜構造もしくは薄膜半導体チップの剥離工程後に、チップおよびウェハの新たに生じた表面から犠牲層の材料残滓を取り除くことができる。
【００１９】
本発明の別の有利な実施形態によれば、エピタキシャル基板は少なくとも１つの格子整合層を有しているようにしている。格子整合層は特別有利な仕方で犠牲層とその上に位置しているエピタキシャル層との間に配置されている。この形式の格子整合層はエピタキシャル層内の格子欠陥の発生を低減するもしくは妨げかつこれによりエピタキシャル層の上方の薄膜層半導体チップ構造の意図した成長を可能にするものである。
【００２０】
本発明の別の有利な実施形態によれば、犠牲層はＧｅ、ＧａＡｓＮ、ＧａＡｓＳｂまたはＩｎＧａＡｓを含んでいる。これらの材料は殊に、砒化ガリウムベースド半導体構造内に犠牲層を形成するのに適しており、その際そのバンドギャップは周辺の砒化ガリウムベースド半導体材料のバンドギャップより小さい。
【００２１】
エピタキシャル基板が少なくとも１つの超格子を有しているようにすれば本発明の特別有利な実施形態が得られる。超格子構造は、犠牲層の内部で既に格子構造整合を行うもしくは改善することができるようにする並びに犠牲層の破壊時の剥離特性を改善するために特別適している。
【００２２】
本発明の別の有利な実施形態によれば、犠牲層はダイレクトバンドギャップを有している。犠牲層内部にダイレクトバンドギャップを使用することにより、エピタキシャル基板の別の層構造と比べて犠牲層の加熱の選択性が改善される。犠牲層内部に入射された光子の吸収のためにダイレクトバンドギャップの場合光子との相互作用は必要でない。
【００２３】
犠牲層の格子構造がウェハの格子構造に整合されていれば、本発明の別の有利な実施形態が生じる。犠牲層の、ウェハの格子構造に対する整合により、別の格子構造整合層の使用を回避することができる。
【００２４】
エピタキシャル基板の成長側にトレンチまたは凹部が配置されており、該トレンチまたは凹部の深さは少なくとも、犠牲層にまで達しているとき、本発明の別の有利な実施形態が生じる。この形式のトレンチにより、薄膜半導体チップ構造の、ウェハからの剥離の間に、場合によって発生する、犠牲層の反応生成物を容易に逃がすことができる。犠牲層の破壊もしくは犠牲層の溶解の間に、剥離過程において発生する反応生成物は気体の反応生成物であることもあり、液体の反応生成物であることもある。殊に剥離は、レーザ露光の期間に予め定めた雰囲気、例えば水素雰囲気中で実施することができる。水素雰囲気中の存在により、第五族の元素と水素との加工物が生成される。この種化合物は大抵は気体である。しかし例えば水溶性の反応生成物の生成のために別の雰囲気を使用することも可能であり、この場合これら生成物は湿った環境において溶解されかつ存在しているトレンチを通って犠牲層の領域から取り除かれるようにすることができる。
【００２５】
本発明の別の有利な実施形態は、エピタキシャル基板に少なくとも１つの発光ダイオード構造、レーザ構造またはＩＲダイオード構造が配置されているときに生じる。その際このそれぞれの構造はエピタキシャル層の構成部分であってよいが、エピタキシャル層の上方もしくはエピタキシャル層上に堆積されたものであってよい。
【００２６】
少なくとも１つのＬＥＤ、レーザまたはＩＲダイオード構造上に接続層、殊に代替基板に接続するための接続層が配置されているようにすれば、本発明の別の有利な実施形態が生じる。この接続層により後々の薄膜半導体チップ構造が代替基板に固定接続されるようにすることができる。薄膜技術において代替基板には多くの役目が割り当てられている。例えば代替基板は薄膜半導体チップを下面からコンタクト形成するために利用される、または、薄膜フィルムの、エピタキシャル層からの剥離の期間に、薄膜半導体チップの破壊が回避されるように、薄膜フィルムを安定化するために適している。
【００２７】
本発明の別の有利な実施形態によれば、本発明のエピタキシャル基板はＬＥＤ、レーザまたはＩＲダイオード薄膜チップを製造するために使用されるようになっている。
【００２８】
本発明のエピタキシャル基板の製造のために有利には、ウェハ、殊に砒化ガリウムウェハ上に犠牲層が被着される。しかし本発明は、砒化ガリウムウェハの使用に制限されておらず、砒化ガリウムを含んでいるかまたは砒化ガリウムベースドエピタキシャル層をその上に堆積するために適しているすべての種類のウェハもしくは基板を含んでいる。
【００２９】
本発明の別の有利な実施形態によれば、犠牲層は、特別有利にはＩＩＩ−Ｖ族半導体を有していることができるエピタキシャル層と一緒に過成長される。特別有利にはＩＩＩ−Ｖ族半導体は砒化ガリウムベースドＩＩＩ−Ｖ族半導体であるが、すべてのその他の形式のＩＩＩ−Ｖ族半導体も可能である。
【００３０】
本発明の別の有利な実施形態によれば、犠牲層が構造化されるようになっている。犠牲層の構造化は例えば、後からの剥離ステップにおいて場合によって生じる反応生成物を犠牲層の領域から除去するのに適しているトレンチ構造もしくは凹部の形成である。
【００３１】
本発明の別の有利な実施形態によれば方法は付加的に、エピタキシャル層を構造化するステップを有している。エピタキシャル層の構造化は殊に、生じた反応生成物を犠牲層の領域から除去するために特別適してる。
【００３２】
本発明の別の有利な実施形態はＬＥＤ、レーザまたはＩＲダイオード薄膜チップを製造するために、エピタキシャル基板を製造しかつその表面上の犠牲層の上方にＬＥＤ、レーザまたはＩＲダイオード構造を成長させ、その後にこれらＬＥＤ、レーザまたはＩＲダイオード構造を代替基板と接続し、基礎としているウェハもしくは基礎としているエピタキシャル基板をレーザ光を用いて解離しかつこれに続いてその上に成長したＬＥＤ、レーザまたはＩＲダイオード構造を別個の薄膜半導体チップにおいて個別化するようになっている。
【実施例】
【００３３】
次に本発明を図示の実施例に付き図面を用いて詳細に説明する。同じエレメントは同じ参照符号が付されている。その際：
図１は本発明のエピタキシャル基板の横断面にて略示し、
図２は本発明のエピタキシャル基板を別様に略示し、
図３は上にＬＥＤ構造が堆積されている本発明のエピタキシャル基板の別の有利な実施例を略示している。
【００３４】
図１には、本発明のエピタキシャル基板の横断面が略示されており、その際だいたいはＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、殊に砒化ガリウムを有しているウェハ１１に犠牲層１２が被着されており、その際犠牲層１２は材料Ｇｅ，ＧｓＡｓＮ，ＧａＡｓＳｂおよび／またはＩｎＧａＡｓの１つまたは複数を有している。しかし本発明の実施例は上記の材料から成る犠牲層の使用に制限されておらず、ウェハ１１または犠牲層１２上に配置されているエピタキシャル層のバンドギャップより小さなエネルギー差を有しているバンドギャップによって特徴付けられているあらゆる任意の材料を有していることができる。
【００３５】
図２には本発明の別の有利な実施例の横断面が略示されている。ウェハ２１にはエッチストップ層２４ａ、格子整合層２５ａ、犠牲層２２、別の格子整合層２５ｂ並びに別のエッチストップ層２４ｂおよびエピタキシャル層２３が配置されている。ここに図示の層は別の有利な実施例において別の順序で配置されていてもよい。可能な実施例は図示の層に制限されていない。択一的な実施例はもっと沢山の層を有していることもできるし、もっと少ない層を有していることもできる。
【００３６】
エピタキシャル層２３はＬＥＤ、レーザまたはＩＲダイオード構造の成長のための輝度として用いることができるかまたはそれ自体がＬＥＤ、レーザまたはＩＲダイオード構造を含んでいることができる。例えば犠牲層２４ａ，２４ｂおよび格子整合層２５ａ，２５ｂが犠牲層２２の裏側に配置されててもよく、犠牲層２２の片側にだけ配置されていてもよい。
【００３７】
図３には本発明の別の有利な実施例が示されている。その際ウェハ３１にエッチストップ層３４ａ、格子整合層３５ａ、犠牲層２２、別の格子整合層３５ｂおよび別のエッチストップ層３４ｂが配置されている。その上にエピタキシャル層３３が配置されており、これ自体は例えばＬＥＤ構造もしくはＬＥＤ層を含んでいることができる。しかし本発明のエピタキシャル基板に対する実施例はエピタキシャル層３３内で任意の別の、例えば光電薄膜構造、例えばレーザダイオード、レーザまたはＩＲダイオード構造またはセンサ構造を含んでいることができる。
【００３８】
成長表面から見て、この実施例において凹みもしくはトレンチ形式の構造が形成されている。これらは犠牲層３２にまで達している。これらのトレンチ形式の構造３６は、犠牲層の解離工程の間に生じる反応生成物を除去するために用いられる。特別有利な実施形態においてこのトレンチ形式の構造３６は薄膜技術により、エピタキシャル層３３と強化支持基板もしくは代替基板との接続および成長基板３１の解離後に切り離しが行われて、複数の薄膜半導体チップへの個別化が実現されるようにする領域をマーキングしている。
【００３９】
本明細書はドイツ連邦共和国特許出願ＤＥ１０２００５０４７１５２．８の優先権に基づいており、これを以てその開示内容は本明細書に取り込まれる。
【００４０】
本発明は実施例に基づいた説明によって制限されていない。それどころか本発明はそれぞれの新しい特徴並びに特徴のそれぞれの組み合わせを、そのと口調または組み合わせ自体が明示的に特許請求の範囲または実施例にたとえ記載されていなくとも包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明のエピタキシャル基板の横断略面
【図２】本発明のエピタキシャル基板の別の横断略面
【図３】上にＬＥＤ構造が堆積されている本発明のエピタキシャル基板の別の有利な実施例の略図
【符号の説明】
【００４２】
１１，２１  ウェハ、  １２，２２，３２  犠牲層、  ２３，３３  エピタキシャル層、  ２４ａ，２４ｂ，３４ｂ  エッチストップ層、  ２５ａ，２５ｂ，３５ａ，３５ｂ  格子整合層、  ３１  成長基板、  ３６  トレンチ構造
【図１】
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【図２】
2007103936.tif 000004
【図３】
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