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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
einer Halbleitervorrichtung aus einer Verbindung auf Basis eines
Nitrids der Gruppe III. Wie hier verwendet bezieht sich der Begriff „optische
Halbleitervorrichtung" kollektiv
auf eine Halbleitervorrichtung mit irgendeiner optischen Funktion
von Interesse, einschließlich
einer Energie umwandelnden Vorrichtung zur Umwandlung optischer Energie
in elektrische Energie oder umgekehrt (zum Beispiel eine lichtemittierende
Vorrichtung oder ein Lichtempfänger).
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Technischer
Hintergrund
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Es
ist vor langer Zeit gefunden worden, dass ein Halbleiter aus einer
Verbindung auf Basis eines Nitrids der Gruppe III nützlich ist,
um eine lichtemittierende Vorrichtung herzustellen, welche grünes oder blaues
Licht bis hin zu UV-Licht emittiert. Bisher ist solch eine lichtemittierende
Vorrichtung im Allgemeinen durch epitaxiales Aufwachsen eines Halbleiters aus
einer Verbindung auf Basis eines Nitrids der Gruppe III auf einem
isolierenden Hetero-Substrat wie
etwa einem Saphirsubstrat hergestellt worden. Selbst wenn ein leitfähiges Hetero-Substrat
eingesetzt wird, verbleibt eine beträchtliche Anzahl an Versetzungen,
welche während
des Aufwachsens auftreten, in der erzeugten epitaxial aufgewachsenen Schicht,
was problematisch ist. Zusätzlich
werden, wenn das epitaxial gewachsene Produkt zurück auf Umgebungstemperatur
gebracht wird, einem Unterschied im Expansionskoeffizienten zwischen
Schichten zuschreibbare Risse in einer Halbleiterschicht aus einer
Verbindung auf Basis eines Nitrids der Gruppe III erzeugt, und die
Rissbildung kann nicht ausreichend verhindert werden, was ebenfalls
problematisch ist.
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Indessen
offenbaren das japanische Patent Nr. 3418150, die japanischen Kohyo-Patentveröffentlichungen
Nr. 2001-501778 und 2005-522873, das US-Patent Nr. 6,071,795 und
Kelly et al., „Optical
process for liftoff of group III-nitride films", Physica Status Solidi (a) Bd. 159(1997),
S. R3-R4 einige Methoden zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen,
welche ein Substrat für
das epitaxiale Wachstum und ein Trägersubstrat zur Verwendung
in einer Vorrichtung einsetzen, welche voneinander verschieden sind. Speziell
wird eine Halbleiterschicht aus einer Verbindung auf Basis eines
Nitrids der Gruppe III epitaxial auf einem ersten Substrat aufgewachsen,
und die hergestellte Halbleitervorrichtung aus einer Verbindung
auf Basis eines Nitrids der Gruppe III wird auf ein zweites Substrat überführt.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ausgiebige Studien hinsichtlich
des Einsatzes der vorstehenden Methoden zur Herstellung einer optischen
Halbleitervorrichtung aus einer Verbindung auf Basis eines Nitrids
der Gruppe III durchgeführt.
In den Studien der Erfinder wird ein leitfähiges Substrat als Trägersubstrat
eingesetzt, und eine an eine mit dem Trägersubstrat in Kontakt stehende
p-artige Schicht gebundene Elektrode wird aus einem Metall mit hohem
Reflexionsgrad erzeugt. Zusätzlich
wird auf der gegenüberliegenden
Seite eine an eine n-artige Schicht, die eine durch Beseitigung
eines Substrats für
das Wachstum freigelegte Oberfläche
aufweist, gebundene Elektrode zu einer Fensterrahmenform verarbeitet.
Durch den Einsatz der Methode der Erfinder kann das von zum Beispiel
einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung aus einer Verbindung auf
Basis eines Nitrids der Gruppe III emittierte Licht auf effiziente
Weise durch ein Fenster (das heißt ein Bereich innerhalb des
Fensterrahmens) extrahiert werden, in welchem keine rahmenförmige Elektrode auf
der Oberfläche
der n-artigen Schicht vorgesehen ist.
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Wenn
die lichtemittierende Halbleitervorrichtung aus einer Verbindung
auf Basis eines Nitrids der Gruppe III von dem Substrat für das epitaxiale Wachstum
auf das Trägersubstrat übertragen
wird, wird bedacht, dass das Trägersubstrat
und das Substrat für
das epitaxiale Wachstum einmal miteinander verbunden werden. In
diesem Fall bestehen die gebundene Oberfläche und das Bindungsmaterial
von ihnen bevorzugt aus einem leitfähigen Material, insbesondere
einem Metall.
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Somit
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Aufbau einer
leitfähigen
Mehrfachschicht zwischen den zwei Substraten bei dem Verfahren des
Entfernens des Substrats für
das epitaxiale Wachstum, nachdem das Trägersubstrat einmal mit dem
Substrat für
das epitaxiale Wachstum verbunden wurde, zu verbessern.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Herstellung einer Halbleitervorrichtung aus einer Verbindung auf Basis
eines Nitrids der Gruppe III bereitgestellt, wobei das Verfahren
aufweist:
epitaxiales Aufwachsen einer Vielzahl von Halbleiterschichten
aus einer Verbindung auf Basis eines Nitrids der Gruppe III auf
einem ersten Substrat,
Ausbilden einer Elektrode auf der äußersten
Schicht der Halbleiterschichten aus einer Verbindung auf Basis eines
Nitrids der Gruppe III, wobei die Elektrode aus einer ersten Mehrfachschicht
einschließlich
wenigstens einer Schicht zur Verhinderung einer Wanderung von in
einem Lötmittel
enthaltenem Zinn besteht,
Ausbilden einer zweiten Mehrfachschicht
einschließlich
wenigstens einer Schicht zur Verhinderung einer Wanderung von in
einem Lötmittel
enthaltenem Zinn auf einem zweiten Substrat, auf dem eine Halbleitervorrichtung
anzuordnen ist,
Verbinden mittels eines Lötmittels, welches wenigstens
Zinn enthält,
der Oberfläche
des ersten Substrats, auf dem die Elektrode ausgebildet worden ist, mit
der Oberfläche
des zweiten Substrats, auf dem die Mehrfachschicht ausgebildet worden
ist, und
Entfernen des ersten Substrats von den Halbleiterschichten
aus einer Verbindung auf Basis eines Nitrids der Gruppe III.
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Gemäß dem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung schließt der Schritt des Entfernens
des ersten Substrats ein Zersetzen einer dünnen Halbleiterschicht aus
einer Verbindung auf Basis eines Nitrids der Gruppe III durch Einstrahlung
eines Laserstrahls mit solch einer Wellenlänge ein, dass der Strahl durch
das erste Substrat durchtritt und durch eine Schicht absorbiert
wird, welche aus einem Halbleiter aus einer Verbindung auf Basis
eines Nitrids der Gruppe III besteht.
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Gemäß dem dritten
Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht die Schicht zur Verhinderung
der Wanderung von Zinn aus Nickel oder Platin.
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Gemäß dem vierten
Aspekt der vorliegenden Erfindung schließt die Vorrichtung des Weiteren
eine Metallschicht mit hohem Reflexionsgrad ein, welche näher zu der äußersten
Schicht der Halbleiterschichten aus einer Verbindung auf Basis eines
Nitrids der Gruppe III als zu der Schicht zur Verhinderung der Wanderung
von Zinn liegt.
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Gemäß dem fünften Aspekt
der vorliegenden Erfindung schließt die Vorrichtung des Weiteren
eine zwischen der Schicht zur Verhinderung der Wanderung von Zinn
und der Metallschicht mit hohem Reflexionsgrad ausgebildete Schicht
aus Titan ein.
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Gemäß dem sechsten
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das zweite Substrat ein leitfähiges Siliciumsubstrat.
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Gemäß dem siebten
Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren des Weiteren
ein Ausbilden einer Schicht aus Aluminium oder Titannitrid auf dem
zweiten Substrat auf.
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Gemäß dem achten
Aspekt der vorliegenden Erfindung schließt die auf dem zweiten Substrat
ausgebildete Mehrfachschicht zwischen der aus Aluminium oder Titannitrid
gebildeten Schicht und der Schicht zur Verhinderung der Wanderung
von Zinn eine Schicht aus Titan ein.
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Zum
Beispiel wird das leitfähige
Substrat bevorzugt mit der äußersten
Schicht der epitaxial aufgewachsenen Schichten auf dem Substrat
für das
epitaxiale Wachstum mittels eines leitfähigen Materials wie etwa einem
Metall verbunden. In dem abschließenden Schritt des Verbindens
ist die Verwendung eines Lötmittels
aufgrund einer hervorragenden Verbundleistung von diesem bei relativ
niedriger Temperatur vorteilhaft. Wenn allerdings das Lötmittel
Zinn enthält
und die äußerste Metallschicht
aus Gold besteht, wandert das Zinn in das Gold hinein. In einige Metallspezies
wie etwa Nickel (Ni) und Platin (Pt) wandert das Zinn mit sehr geringer
Geschwindigkeit hinein. Somit können,
wenn ein mehrschichtiger Metallfilm einschließlich einer Metallschicht,
in welcher Zinn sehr langsam wandert, auf dem zweiten Substrat und
auf der äußersten
epitaxial aufgewachsenen Schicht auf dem ersten Substrat vorgesehen
ist, zwei Wafer durch Verwendung eines zinnhaltigen Lötmittels
leicht verbunden werden (erster Aspekt). Nach Abschluss des Verbindens
kann durch Entfernen des Substrats für das epitaxiale Wachstum (erstes
Substrat) eine Halbleitervorrichtung aus einer Verbindung auf Basis
eines Nitrids der Gruppe III, bei der eine Elektrode mit zum Beispiel
einem leitfähigen
Substrat verbunden ist, leicht hergestellt werden.
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Das
Entfernen des Substrats für
epitaxiales Wachstum (erstes Substrat) wird leicht durch Bestrahlung
mit einem Laserstrahl mit solch einer Wellenlänge durchgeführt, dass
der Strahl durch das Substrat durchtritt und durch eine Halbleiterschicht aus
einer Verbindung auf Basis eines Nitrids der Gruppe III absorbiert
wird (zweiter Aspekt). Durch den Vorgang wird die Halbleiterschicht
aus einer Verbindung auf Basis eines Nitrids der Gruppe III geschmolzen
und zersetzt. Wenn der Halbleiter zum Beispiel GaN ist, wird er
in Tröpfchen
aus Ga und in N2 zersetzt.
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Die
Schicht zur Verhinderung der Wanderung von Zinn besteht bevorzugt
aus Nickel (Ni) oder Platin (Pt) (dritter Aspekt). Wenn die Vorrichtung
des Weiteren eine Metallschicht mit hohem Reflexionsgrad näher an der äußersten
Schicht der Halbleiterschichten aus einer Verbindung auf Basis eines
Nitrids der Gruppe III als an der Schicht zur Verhinderung der Wanderung
von Zinn einschließt,
kann eine Oberfläche,
von welcher das erste Substrat entfernt worden ist, als ein Lichtextraktionsbereich
oder ein Lichtaufnahmebereich in einer lichtemittierenden Vorrichtung,
einem Lichtempfänger
oder anderen optischen Vorrichtungen dienen (vierter Aspekt). Wenn die
Vorrichtung des Weiteren zwischen der Schicht zur Verhinderung der
Wanderung von Zinn und der Metallschicht mit hohem Reflexionsgrad
eine Schicht aus Titan einschließt, können zwei Metallschichten mit
schlechter Haftung leichter miteinander verbunden werden, verglichen
mit dem Fall, dass die Titanschicht nicht vorgesehen ist (fünfter Aspekt).
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In
einer einfachen Form ist das zweite Substrat ein leitfähiges Siliciumsubstrat
(sechster Aspekt). Wenn eine Aluminiumschicht oder eine Titannitrid-(TiN)-Schicht
auf dem Substrat ausgebildet ist, kann in diesem Fall ein mehrschichtiger
Metallfilm leicht bei niedrigem Kontaktwiderstand mit dem Siliciumsubstrat
verbunden werden (siebter Aspekt). Durch Vorsehen einer Titanschicht
zwischen der Schicht aus Aluminium oder Titannitrid und der Schicht
zur Verhinderung der Wanderung von Zinn können die zwei Substrate miteinander
leicht mit starker Haftung verbunden werden (achter Aspekt).
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Verschiedene
andere Aufgaben, Merkmale und viele der begleitenden Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden leicht verstanden werden, da diese mit
Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
besser verstanden wird, wenn sie im Zusammenhang mit den begleitenden
Zeichnungen betrachtet wird, in denen:
die 1A bis 1K Querschnitte
einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 1000 aus
einer Verbindung auf Basis eines Nitrids der Gruppe III zeigen, welche
die Herstellungsschritte dafür
angeben.
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Die
vorliegende Erfindung ist für
jede Art optischer Halbleitervorrichtung aus einer Verbindung auf
Basis eines Nitrids der Gruppe III anwendbar, insbesondere auf eine
lichtemittierende Vorrichtung mit einem Lichtextraktionsbereich
und auf einen Lichtempfänger
mit einem Lichtaufnahmebereich. Bei der optischen Halbleitervorrichtung
mit einem Trägersubstrat
ist eine Elektrode (zum Beispiel eine fensterrahmenförmige oder gitterförmige Elektrode)
direkt oder über
Vermittlung einer transparenten Elektrode bevorzugt auf einer Halbleiterschicht
aus einer Verbindung auf Basis eines Nitrids der Gruppe III ausgebildet,
welche nicht mit dem Trägersubstrat
in Kontakt steht. Da positive und negative Elektroden so vorgesehen
sind, dass ein lichtemittierender Bereich in der vorliegenden Erfindung
sandwichartig eingeschlossen ist, ist das Trägersubstrat bevorzugt ein leitfähiges Substrat.
Andererseits kann bezüglich
des ersten Substrats, das heißt
einem Substrat für
epitaxiales Wachstum, ein isolierendes Substrat eingesetzt werden,
da der Vorrichtungsaufbau auf das leitfähige Substrat übertragen
und das erste Substrat entfernt wird.
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In
dem Fall, dass eine Halbleiterschicht von dem Substrat für epitaxiales
Wachstum mittels Bestrahlung mit einem Laserstrahl durch Schmelzen und
Zersetzen der Halbleiterschicht (zum Beispiel eines dünnen GaN-Films)
abgetrennt wird, wird bevorzugt ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge von
kürzer als
365 nm eingesetzt. Alternativ werden bevorzugt YAG-Laserstrahlen
(Wellenlänge:
365 nm und 266 nm), ein XeCl-Laserstrahl (Wellenlänge: 308
nm), ein ArF-Laserstrahl (155 nm) und ein KrF-Laserstrahl (Wellenlänge: 248
nm) eingesetzt. Die Bestrahlungsfläche des Laserstrahls für einen
Vorgang, das heißt die
Flächeneinheit
der Bestrahlung, kann eine rechtwinklige Fläche von der Größe ganzzahliger
Vielfacher einer Chipgröße in sowohl
der Längs-
als auch der Querrichtung sein. Wenn zum Beispiel ein Chip (Quadrat)
eine Seite von 500 µm
aufweist, kann eine Flächeneinheit
für die
Bestrahlung von 2 × 2
mm eingesetzt werden, was einem Bereich entspricht, der 4 × 4 Chips
einschließt.
Alternativ kann eine Flächeneinheit
für die
Bestrahlung von 3 mm × 3
mm eingesetzt werden, was einem Bereich entspricht, der 6 × 6 Chips
einschließt.
Solch eine Flächeneinheit
für die Bestrahlung
mit dem Laserstrahl wird auf einem Wafer kontinuierlich abgetastet,
ohne dass Bestrahlungsflächen überlappen.
Solch ein Vorgang ist bevorzugt, da die Konturen der Flächeneinheit
der Bestrahlung nicht in einem Chipbereich zurückbleiben. Anders gesagt liegen
in dem Bereich eines einzelnen Chips während eines einzelnen Vorgangs
der Einstrahlung des Laserstrahls nicht gleichzeitig ein geschmolzener
Halbleiterbereich und ein nicht geschmolzener Halbleiterbereich
vor, wodurch die Produktionsausbeute und die Eigenschaften der Vorrichtungen
verbessert werden können.
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Der
Stapelaufbau eines Halbleiters aus einer Verbindung auf Basis eines
Nitrids der Gruppe III wird bevorzugt durch epitaxiales Wachstum
ausgebildet. Eine Pufferschicht, welche vor dem epitaxialen Wachstum
auf dem Substrat für
das Wachstum erzeugt wird, braucht nicht durch epitaxiales Wachstum erzeugt
werden, sondern kann durch andere Methoden wie etwa Sputtern erzeugt
werden. Der spezielle Vorgang des Aufwachsverfahrens wie etwa das
epitaxiale Wachstum unterliegt keiner speziellen Beschränkung, und
die Art des Substrats für
das epitaxiale Wachstum, der Schichtaufbau, die Schichtstruktur
der funktionellen Schichten (MQW, SQW, Verkleidungsschicht, Führungsschicht,
etc.) einschließlich einer
lichtemittierenden Schicht, die Handhabung der zerteilten Vorrichtungen,
etc. unterliegt keiner speziellen Beschränkung. Detaillierte Beschreibungen
des Schichtaufbaus und des Herstellungsverfahrens für den gestapelten
Halbleiteraufbau können
in der hiernach beschriebenen Ausführungsform weggelassen werden.
Allerdings können
in der vorliegenden Erfindung jegliche Strukturen bzw. Aufbauten
und Methoden in Kombination eingesetzt werden, welche zum Zeitpunkt
der vorliegenden Anmeldung bekannt waren. Solange nichts anderes
erwähnt wird,
sind diese bekannten Schichtaufbauten und Methoden in die vorliegende
Erfindung eingeschlossen.
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Der
Begriff „Verbindung
auf Basis eines Nitrids der Gruppe III" bezieht sich im engeren Sinne auf einen
Halbleiter mit vier Komponenten (einschließlich einem mit zwei Komponenten
und einem mit drei Komponenten) auf Basis von AlGaInN selber, und
im breiteren Sinne auf solch einen Halbleiter, zu dem ein Donor-Verunreinigungselement
oder ein Akzeptor-Verunreinigungselement
zugegeben worden ist, um ihm Leitfähigkeit zu verleihen. Allerdings
können die
vorstehenden Halbleiterverbindungen im Allgemeinen des Weiteren
als zusätzliches
oder substituiertes Element ein weiteres Element der Gruppe III oder
der Gruppe V enthalten, oder sie können irgendein zusätzliches
Element enthalten, um ihnen andere Funktionen zu verleihen. Diese
Verbindungen auf Basis eines Nitrids der Gruppe III sind nicht ausgeschlossen.
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Die
Elektrode, die mit der Schicht aus einer Verbindung auf Basis eines
Nitrids der Gruppe III zu verbinden ist, und eine einschichtige
oder mehrschichtige Elektrode, welche mit der vorstehenden Elektrode
zu verbinden ist, können
aus irgendeinem leitfähigen
Material bestehen. Im Allgemeinen weist eine optische Halbleitervorrichtung
ein Paar auf, welches aus positiver und negativer Elektrode besteht. Eine
der vorhergehenden Elektroden kann aus einem Metall mit hohem Reflexionsvermögen bestehen.
Iridium (Ir), Platin (Pt), Rhodium (Rh), Silber (Ag), Aluminium
(Al), Palladium (Pd), eine Legierung daraus oder mehrere Schichten
daraus können
in geeigneter Weise für
das Metall mit hohem Reflexionsvermögen eingesetzt werden, wenn
das Metall mit hohem Reflexionsvermögen direkt auf der Schicht aus
einer Verbindung auf Basis eines Nitrids der Gruppe III angeordnet
ist. Eine transparente Elektrode kann eingesetzt werden, etwa eine
Oxidelektrode wie etwa eine Indiumzinnoxidelektrode oder eine Indiumtitanoxidelektrode,
welche auf der Halbleiterschicht vorgesehen ist. Zudem kann das
Metall mit hohem Reflexionsvermögen
auf der Oxidelektrode vorgesehen sein. Wenn die Elektrodenschicht
aus einer Metallschicht und einer Oxidschicht (zum Beispiel einer
ITO-Schicht) besteht, kann eine aus irgendeinem dielektrischen Material
bestehende dielektrische Schicht zwischen der Oxidschicht und der Metallschicht
vorgesehen sein, um einen direkten Kontakt zwischen diesen zu vermeiden.
In diesem Fall sind in der dielektrischen Schicht Rillen vorgesehen,
und die Metallschicht und die Oxidschicht (zum Beispiel die ITO-Schicht)
können
durch die Rillen elektrisch verbunden werden, welche mit einem leitfähigen Material
gefüllt
werden. Der Wafer für
epitaxiales Wachstum und das Trägersubstrat
werden bevorzugt mit einem Lötmittel
verbunden. In Abhängigkeit
von der Zusammensetzung des Lötmittels
ist gemäß den Anforderungen
auf der Verbindungsoberfläche
des Trägersubstrats
oder des Wafers für
epitaxiales Wachstum bevorzugt ein mehrschichtiger Metallfilm vorgesehen.
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Die 1A bis 1K zeigen
Querschnitte einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 1000 aus
einer Verbindung auf Basis eines Nitrids der Gruppe III in den Herstellungsschritten
gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die 1K zeigt
einen Chip der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 1000 aus
einer Verbindung auf Basis eines Nitrids der Gruppe III. Die 1A bis 1J zeigen
Querschnitte eines Chips der Vorrichtung und vergrößerte Querschnitte
eines einzelnen Wafers. Die 1K zeigt
vergrößerte Querschnitte eines
einzelnen Wafers vor dem Zerschneiden in Chips.
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Zuerst
wird ein Saphirsubstrat 100 vorgesehen, und eine Halbleiterschicht
aus einer Verbindung auf Basis eines Nitrids der Gruppe III wird
auf dem Substrat durch routinemäßiges epitaxiales
Wachstum ausgebildet (1A). Die 1A zeigt
die Halbleiterschicht aus einer Verbindung auf Basis eines Nitrids
der Gruppe III als vereinfachten Stapelaufbau einschließlich einer
n-artigen Schicht 11 und einer p-artigen Schicht 12 mit
einem lichtemittierenden Bereich L. In den 1A bis 1K sind
die n-artige Schicht 11 und die p-artige Schicht 12 als
zwei Schichten gezeigt, welche an dem durch eine gestrichelte Linie
dargestellten lichtemittierenden Bereich L miteinander in Kontakt
stehen, und detaillierte Stapelaufbauten sind nicht angegeben. Zum
Beispiel ist auf dem Saphirsubstrat 100 ein gestapelter
Aufbau einschließlich
einer Pufferschicht, einer mit Silicium dotierten GaN-Schicht mit
hoher Konzentration an n+, einer n-artige
GaN-Schicht mit geringer Konzentration und einer n-AlGaN-Verkleidungsschicht
ausgebildet, welche in dieser Reihenfolge ausgebildet sind. In diesem
Fall wird der gestapelte Aufbau nur durch die n-artige Schicht 11 in
den 1A bis 1K dargestellt.
In ähnlicher
Weise wird ein gestapelter Aufbau einschließlich einer mit Magnesium dotierten
p-AlGaN-Verkleidungsschicht, einer p-artigen GaN-Schicht mit geringer
Konzentration, und einer GaN-Schicht
mit hoher Konzentration an p+, welche in
dieser Reihenfolge ausgebildet sind, nur durch die p-artige Schicht 12 in
den 1A bis 1K dargestellt.
Der lichtemittierende Bereich L, welcher mit einer gestrichelten
Linie dargestellt wird, bezeichnet sowohl eine pn-Kontaktfläche als
auch zum Beispiel eine lichtemittierende Schicht mit zahlreichen
Quantenquellen (multiple-quantum well; Quellschichten sind im Allgemeinen
nicht dotiert). Somit bezeichnet der lichtemittierende Bereich L
nicht nur einfach die Grenzfläche
zwischen der n-artigen Schicht 11 und der p-artigen Schicht 12.
Die „Ebene
des lichtemittierenden Bereichs" bezieht
sich auf eine Ebene, welche nahe des durch eine gestrichelte Linie
dargestellten lichtemittierenden Bereichs L vorliegt. Vor dem Durchführen der „nachstehend
erwähnten
Hitzebehandlung in Stickstoffatmosphäre (N2)" ist die p-artige
Schicht 12 eine Schicht, welche ein p-artiges Verunreinigungselement
enthält,
aber ihr elektrischer Widerstand ist nicht herabgesetzt. Nach Beendigung der „Hitzebehandlung
in Stickstoffatmosphäre
(N2)" ist
die p-artige Schicht 12 eine allgemeine p-artige Schicht
mit geringem Widerstand.
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Anschließend wurde
eine transparente Elektrode 121-t, welche ein Indiumzinnoxid
(ITO) umfasste, auf der gesamten Oberfläche der p-artigen Schicht 12 durch
Elektronenstrahlabscheidung in einer Dicke von 300 nm ausgebildet.
Der so bearbeitete Stapelkörper
wurde bei 700°C
in einer N2-Umgebung für fünf Minuten erhitzt, um dadurch
den Widerstand der p-artigen Schicht 12 abzusenken und
den Kontaktwiderstand der p-artigen Schicht und der ITO-Elektrode 121-T zu
verringern. Anschließend wurde
eine dielektrische Schicht 150 aus Siliciumnitrid (SiNx) auf der gesamten Oberfläche der
ITO-Elektrode 121-t in einer Dicke von 100 nm ausgebildet (1B).
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Anschließend wurden
durch Trockenätzen und
Fotolithographiemethoden unter Verwendung eines Fotolackfilms (nicht
gezeigt) Rillen H in der dielektrischen Schicht 150 ausgebildet,
welche Siliciumnitrid (SiNx) umfasste. Wie
hiernach beschrieben, decken sich die Gestalt und die Position der
Rillen H, das heißt
die Gestalt und die Position eines Verbindungsteils 121-c aus
Nickel (Ni), nicht mit der Gestalt und der Position der n-Elektrode 130,
welche einen Multielektrodenfilm umfasst, der nach dessen Projektion
auf der Oberfläche
des lichtemittierenden Bereichs L auszubilden ist. In der Ausführungsform
1 haben die Rillen H ein Gittermuster in der lichtemitterenden Halbleitervorrichtung 1000 aus
einer Verbindung auf Basis eines Nitrids der Gruppe III mit einem Quadrat
von 400 µm
bis 500 µm,
dessen Streifen eine Breite von 20 µm und eine Wiederholungsperiode
von 80 µm
bis 100 µm
aufweist. Der Fotolackfilm wurde nach diesem Vorgang entfernt und
die Vorrichtung 100 wurde erhalten, wie es in 1C gezeigt ist.
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Anschließend wurde
ein Fotolackfilm, der nicht gezeigt ist, auf der dielektrischen
Schicht 150 ausgebildet, um den Verbindungsteil 121-c aus
Nickel (Ni) in den Rillen H auszubilden. Rillen, deren Breite breiter
war als jene der Rillen H, die in dem dielektrischen Film 150 ausgebildet
sind, welcher SiNx umfasst, wurden in diesem
Fotolackfilm erzeugt. Nickel (Ni) wurde dampfabgeschieden und in
den Rillen H der dielektrischen Schicht 150, welche SiNx umfasst, und den Rillen des Fotolackfilms
ausgebildet. Zu diesem Zeitpunkt wurde Nickel (Ni) in die Rillen
H der dielektrischen Schicht 150 gefüllt, welche SiNx umfasste,
und wurde dampfabgeschieden, bis auf der dielektrischen Schicht
150 um die Rillen H herum Überhänge mit
einer Dicke von 20 µm
ausgebildet waren. Auf diese Weise wurde der Lackfilm entfernt und
das Verbindungsteil 121-c bestehend aus Nickel (Ni), welches
in die Rillen H der dielektrischen Schicht 150 eingefüllt war,
welche SiNx umfasste, wurde ausgebildet,
wie es in 1D gezeigt ist.
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Anschließend wurde
die Metallschicht 121-r mit großem Reflexionsgrad, welche
Aluminium (Al) umfasste, in einer Dicke von 300 µm durch Dampfabscheidung auf
der dielektrischen Schicht 150 erzeugt, welche SiNx umfasste und in den Rillen H den Verbindungsteil 121-c aus
Nickel (Ni) aufwies, wie es in 1E gezeigt
ist. Auf diese Weise wurde eine Multi-p-Elektrode hergestellt, welche
kein Licht absorbiert und ein großes Reflexionsvermögen sowie eine
starke Haftung an der Halbleiterschicht aus einer Verbindung auf
Basis eines Nitrids der Gruppe III aufweist. Diese Eigenschaften
hängen
von dem Multi-Aufbau ab, welcher die transparente Elektrode 121-t aus
Indiumzinnoxid (ITO), den Verbindungsteil 121-c aus Nickel
(Ni) und die Metallschicht 121-r mit großem Reflexionsvermögen aus
Aluminium (Al) umfasst. Hierbei ist es die Rolle des aus SiNx bestehenden dielektrischen Films 150,
welcher den Verbindungsteil 121-c aus Nickel (Ni) in den
Rillen H aufweist, zu verhindern, dass Aluminium (Al) und Indiumzinnoxid
(ITO) miteinander in Kontakt treten, und eine Verschlechterung der
Elektrodeneigenschaft durch Oxidation des Aluminiums (Al) zu verhindern.
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Als
Nächstes
wird die Erzeugung eines mehrschichtigen Metallfilms durch Dampfabscheidung
beschrieben. Speziell werden nacheinander eine Titanschicht 122 (Ti;
Dicke: 50 nm), eine Nickelschicht 123 (Ni; Dicke: 500 nm)
und eine Goldschicht 124 (Au; Dicke: 50 nm) ausgebildet,
um dadurch eine Schichtstruktur vorzusehen, wie sie in 1F gezeigt
ist. Die Funktionen der Titanschicht 122 (Ti), der Nickelschicht 123 (Ni)
und der Goldschicht 124 (Au) sind die Folgenden. Die Goldschicht 124 (Au)
dient als eine Schicht zum Legieren mit einem Gold-Zinn-Lötmittel 51 mit
20% Zinn (Au-20Sn), welche vorzusehen ist. Die Nickelschicht 123 (Ni)
verhindert eine Wanderung des Zinns (Sn) zu der Elektrode 121-r mit
großem
Reflexionsvermögen
aus Aluminium (Al). Die Titanschicht 122 (Ti) verstärkt die
Haftung hinsichtlich der Nickelschicht 123 (Ni) und der Elektrode 121-r mit
großem
Reflexionsvermögen
aus Aluminium (Al).
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Auf
der Goldschicht 124 (Au) wird eine Gold-Zinn-Lötmittelschicht 51 mit
20% Zinn (Au-20Sn) und einer Dicke von 3000 nm vorgesehen (1G).
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Als
Nächstes
wird ein n-artiges Siliciumsubstrat 200 vorgesehen, welches
als zweites Substrat dient, das heißt als Trägersubstrat. Auf jeder Oberfläche des
Substrats wird durch Dampfabscheidung oder einen ähnlichen
Vorgang ein mehrschichtiger leitfähiger Film ausgebildet. Speziell
werden die auf der Oberfläche
des Trägersubstrats,
welches mit dem Gold-Zinn-Lötmittel 51 (Au-20Sn)
(hiernach als Vorderseite bezeichnet) zu verbinden ist, auszubildenden
Schichten mit den Bezugszeichen 221 bis 224 bezeichnet,
und die auf der Rückseite
des Substrats auszubildenden Schichten werden mit den Bezugszeichen 231 bis 244 bezeichnet.
Auf jeder Oberfläche
des Siliciumsubstrats 200 wurde eine Titannitridschicht
(TiN; Dicke: 30 nm) 221 oder 231, eine Titanschicht
(Ti; Dicke: 50 nm) 222 oder 232, eine Nickelschicht
(Ni; Dicke: 500 nm) 223 oder 233 und eine Goldschicht
(Au; Dicke: 50 nm) 224 oder 234 ausgebildet. Die
Titannitridschichten (TiN) 221 und 231 werden
aufgrund eines geringen Kontaktwiderstands bezüglich des n-artigen Siliciumsubstrats 200 eingesetzt.
Die Funktionen der Titanschichten (Ti) 222 und 232,
jene der Nickelschichten (Ni) 223 und 233 und
jene der Goldschichten (Au) 224 und 234 sind vollständig die
gleichen wie jene der vorstehend erwähnten Titanschicht (Ti) 122,
der Nickelschicht (Ni) 132 bzw. der Goldschicht (Au) 124.
Auf der Goldschicht (Au) 224, welche als äußerste Schicht
des mehrschichtigen leitfähigen
Films dient, welcher auf der Vorderseite des n-artigen Siliciumsubstrats 200 vorgesehen
ist, wurde eine Gold-Zinn-Lötmittelschicht 52 mit
20% Zinn (Au-20Sn) mit einer Dicke von 1500 nm ausgebildet. Das
Gold-Zinn-Lötmittel (Au-20Sn) 51 mit
20% Zinn und einer Dicke von 1500 nm, welches in 1G gezeigt
ist, wird mit dem Gold-Zinn-Lötmittel
(Au-20Sn) 52 verbunden, wodurch der Wafer der lichtemittierenden
Halbleitervorrichtung aus einer Verbindung auf Basis eines Nitrids der
Gruppe III mit dem n-artigen Siliciumsubstrat 200 verbunden
wird, wie es in 1H gezeigt ist. Durch Heißpressen
bei 300°C
und 30 kgf/cm2 (2,94 MPa) wurden die zwei
Wafer vereinigt. Hiernach wird das Gold-Zinn-Lötmittel (Au-20Sn) als eine
vereinigte Schicht mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet (1I).
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Das
Saphirsubstrat 100 des so vereinigten Wafers wurde mit
einem Strahl eines Hochenergie-KrF-Impulslasers (248 nm) bestrahlt.
Die eingesetzten Bestrahlungsbedingungen waren eine Energiedichte
von 0,7 J/cm2 oder größer, eine Impulsbreite von
25 ns, eine Flächeneinheit
der Bestrahlung von 2 mm × 2
mm oder 3 mm × 3
mm und eine Abtastperiode in der Längsrichtung von 10 Hz. Das
Saphirsubstrat 100 wurde kontinuierlich mit dem Laserstrahl
auf solch eine Weise abgetastet, dass ein Überlappen der Flächeneinheiten
der Bestrahlung verhindert wurde. Die Zeitsteuerung eines jeden
Bestrahlungsvorgangs wird so festgelegt, dass die Konturen der Flächeneinheit
der Bestrahlung bei einem einzelnen Vorrichtungschip nicht vorhanden
sind. Anders gesagt liegt eine Kontur der Flächeneinheit der Bestrahlung
bevorzugt auf einer Schneidelinie vor, welche ein Bereich zum Trennen
der Chips ist. Durch die Laserbestrahlung wird die Grenzfläche 11f zwischen
der n-artigen Schicht 11 (GaN-Schicht) und dem Saphirsubstrat 100 zu
einem dünnen
Films geschmolzen, um dadurch zersetzt zu werden, so dass Galliumtröpfchen (Ga)
und Stickstoff (N2) erzeugt werden. Danach
wird das Saphirsubstrat 100 durch einen Abhebevorgang von
dem vereinigten Wafer entfernt, wie es in 1J gezeigt
ist. Die so freigelegte Oberfläche
der n-artigen Schicht 11 wird mit verdünnter Salzsäure gewaschen, um dadurch auf der
Oberfläche
abgeschiedene Galliumtröpfchen (Ga)
zu entfernen.
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In
dem anschließenden
Schritt wird über
der freigelegten Oberfläche
der n-artigen Schicht 11 ein Fotolackfilm (nicht veranschaulicht)
erzeugt. Durch Fotolithographie wird der Fotolackfilm so gemustert, dass
bei jedem Vorrichtungschip eine Rille mit einem Gittermuster erzeugt
wird. Das Gittermuster stimmt nicht mit der Gestalt und der Position
des Verbindungsteils 121-c überein, welches nach dessen senkrechter
Projektion auf die Oberfläche
des lichtemittierenden Bereichs L auszubilden ist. Auf dem Fensterrahmen
oder den Rillen mit Gittermuster des Fotolackfilms wird durch Dampfabscheidung
ein mehrschichtiger Metallfilm erzeugt, welcher als n-Elektrode 130 dient.
Speziell wurden auf der n-artigen Schicht 11 nacheinander
eine Vanadiumschicht (V; Dicke: 15 nm), eine Aluminiumschicht (Al;
Dicke: 150 nm), eine Titanschicht (Ti; Dicke: 30 nm), eine Nickelschicht
(Ni; Dicke: 500 nm) und eine Goldschicht (Au; Dicke: 500 nm) ausgebildet.
Danach wurde der Fotolack durch den Abhebevorgang entfernt, um dadurch
eine n-Elektrode 130 zurückzulassen, welche aus einem
mehrschichtigen Metallfilm in den Rillen des Gittermusters des Lackfilms
besteht. Bei diesem Vorgang wird der verbleibende Metallfilm mit
dem Fotolack entfernt.
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Somit
weist die hergestellte lichtemittierende Vorrichtung das n-artige
Siliciumsubstrat 200, welches als Trägersubstrat dient, bei dem
auf jeder Oberfläche
ein leitfähiger
mehrschichtiger Film ausgebildet ist, die transparente Elektrode 121-t,
welche ITO umfasst, die dielektrische Schicht 150, welche Siliciumnitrid
(SiNx) umfasst, den Verbindungsteil 121-c,
welcher Nickel (Ni) umfasst und in die in der dielektrischen Schicht 150 ausgebildeten
Rillen H eingefüllt
ist, die Metallschicht 121-r mit hohem Reflexionsvermögen, welche
Aluminium (Al) umfasst, die Titanschicht 122, welche auf
der Schicht 121-r ausgebildet ist, wobei diese Mehrfachschicht
als p-Elektrodenschicht auf der p-artigen Schicht 112 dient,
und einen auf der Titanschicht 122 ausgebildeten mehrschichtigen
Metallfilm auf. Die p-artige Schicht 12 ist über den
mehrschichtigen Metallfilm durch Vermittlung des Gold-Zinn-Lötmittels 50 (Au-20Sn)
mit dem n-artigen Siliciumsubstrat 200 elektrisch verbunden
(1K). Jede lichtemittierende Halbleitervorrichtung 1000 aus
einer Verbindung auf Basis eines Nitrids der Gruppe III weist an
der Oberfläche
der n-artigen Schicht 11 eine n-Elektrode 130 in
der Form eines Rahmens oder mit Gittermuster auf, und der Bereich
ohne n-Elektrode 130 ist ein lichtextrahierender Bereich
auf der n-artigen Seite. Die p-Elektrode ist über das Siliciumsubstrat 200 mit der
rückseitigen
Oberfläche 200B des
Siliciumsubstrats 200 elektrisch verbunden.
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Dann
werden jeweilige Vorrichtungen durch Aufbrechen bzw. Zerteilen mittels
eines beliebigen Verfahrens erzeugt. Zum Beispiel wird das Substrat 200 in
Chips unterteilt, indem es aufgebrochen wurde, nachdem es mittels
einer Trennschneide (dicing blade) halb geschnitten wurde. Ein bestimmtes
Niveau der rückseitigen
Oberfläche 200B des
Siliciumsubstrats 200 wird halb geschnitten. Andererseits kann
auf der Seite der n-artigen Schicht 11 und der p-artigen
Schicht 12 der epitaxialen Schicht wenigstens nahe der
Trennlinie ein vollständiges
Schneiden erfolgen. Das Schneiden muss nicht immer die Oberfläche 200F des
Siliciumsubstrats 200 erreichen.
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[Bezüglich der
ebenen Gestalten der n-artigen Elektrode 130 und der Rille
H der dielektrischen Schicht 150, welche der mit Nickel
(Ni) gefüllte
Verbindungsteil 121-c ist] Es ist bevorzugt, dass die ebenen
Gestalten der gefüllten
Rille H der dielektrischen Schicht 150, das heißt das Verbindungsteil 121-c, und
die ebene Gestalt der n-Elektrode 130, das heißt ihre
senkrechten Projektionen auf die flache Oberfläche des lichtemittierenden
Bereichs L, nicht überlappen.
Für die
senkrechten Projektionen ist es bevorzugt, dass sie an jeder Position
einen bestimmten Abstand beibehalten. „Ein bestimmter Abstand" ist in diesem Fall
zum Beispiel die gesamte Dicke der n-artigen Schicht 11 und
der p-artigen Schicht 12 oder ein Mehrfaches dieser Dicke.
Wenn die Gesamtdicke der n-artigen Schicht 11 und der p-artigen
Schicht 12 5 µm
beträgt,
müssen
die zwei senkrechten Projektionen um nicht weniger als 5 µm getrennt
sein, und sie sind mehr bevorzugt um nicht weniger als 10 µm und weiter
bevorzugt um nicht weniger als 20 µm getrennt.
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In
der Ausführungsform
1 wird der mehrschichtige Aufbau eingesetzt, welcher die dielektrische
Schicht 150, den Verbindungsteil 121-c, welcher
durch die mit Nickel (Ni) befüllten
Rillen H gebildet wird, die transparente Elektrode 121-t und
die Schicht 121-r umfasst, welche Aluminium (Al) als Metall
mit hohem Reflexionsvermögen
umfasst. Allerdings kann sie alternativ aus einer einzelnen Schicht aus
einem Metall mit hohem Reflexionsvermögen gebildet sein, zum Beispiel
aus einer Schicht aus Rhodium (Rh), Silber (Ag) oder Platin (Pt).
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In
der Ausführungsform
1 können
anstelle des Aluminiums (Al) bezüglich
der Metallschicht 121-r mit großem Reflexionsvermögen Iridium
(Ir), Platin (Pt), Rhodium (Rh), Silber (Ag), Palladium (Pd), eine
Legierung daraus oder mehrere Schichten daraus eingesetzt werden.
Zudem können
anstelle von Nickel (Ni) hinsichtlich des Verbindungsteils 121-c Chrom
(Cr), Molybdän
(Mo), Tantal (Ta), Titan (Ti), Vanadium (V), Wolfram (W), eine Legierung
daraus oder mehrere Schichten daraus eingesetzt werden. Zudem kann
hinsichtlich der Schicht 123 zur Verhinderung einer Wanderung
des Zinns in die Metallschicht 121-r mit großem Reflexionsvermögen anstelle
des Nickels (Ni) Platin (Pt) verwendet werden. In der Ausführungsform
1 kann anstelle der Elektrodenschichten 121-t bis 121-r ein
zweischichtiger Elektrodenaufbau eingesetzt werden, welcher eine transparente
Elektrode, die eine auf der p-artigen Schicht 12 ausgebildete
Indiumzinnoxid-Elektrode (ITO) oder eine Indiumtitanoxid-Elektrode
sowie eine Metallschicht mit großem Reflexionsvermögen, welche
Silber (Ag) umfasst und auf der transparenten Elektrode ausgebildet
ist, umfasst.
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In
der Ausführungsform
1 ist die n-Elektrode 130 direkt auf der n-artigen Schicht 11 ausgebildet. Allerdings
kann nach Erzeugung von zum Beispiel einer transparenten Elektrode
eine n-Elektrode mit der Form eines Fensterrahmens oder eines Gittermusters
erzeugt werden.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
einer Halbleitervorrichtung aus einer Verbindung auf Basis eines
Nitrids der Gruppe III. Eine Vielzahl von Halbleiterschichten aus einer
Verbindung auf Basis eines Nitrids der Gruppe III wird epitaxial
auf einem ersten Substrat aufgewachsen. Auf der äußersten Schicht der Halbleiterschichten
aus einer Verbindung auf Basis eines Nitrids der Gruppe III wird
eine Elektrode erzeugt, wobei die Elektrode aus einer ersten Mehrfachschicht
einschließlich
wenigstens einer Schicht zur Verhinderung einer Wanderung von in
einem Lötmittel
enthaltenem Zinn besteht. Eine zweite Mehrfachschicht einschließlich wenigstens
einer Schicht zur Verhinderung einer Wanderung von in einem Lötmittel
enthaltenem Zinn ist auf einem zweiten Substrat ausgebildet, auf
welchem eine Halbleitervorrichtung anzuordnen ist. Die Oberfläche des
ersten Substrats, auf dem die Elektrode ausgebildet worden ist,
wird mittels eines Lötmittels,
welches wenigstens Zinn enthält,
mit der Oberfläche
des zweiten Substrats verbunden, auf welcher die Mehrfachschicht
erzeugt worden ist. Das erste Substrat wird von den Halbleiterschichten
aus einer Verbindung auf Basis eines Nitrids der Gruppe III entfernt.