DE102008026828A1 - Bildung von nitrid-basierten optoelektronischen und elektronischen Bauteilstrukturen auf gitterangepassten Substraten - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Bildung von AllnGaN-legierungsbasierten elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstrukturen auf einem Nitridsubstrat und anschließende Entfernung des Substrats. Eine AllnGaN-legierungsbasierte elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur, gebildet auf einem Nitirdsubstrat wird befreit von dem Substrat, auf welchem sie gewachsen wurde.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf die Herstellung von nitrid-basierten Halbleiterbauteilen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zur Bildung von Aluminium-Indium-Gallium-Nitrid(AlInGaN)-legierungsbasierten Bauteilstrukturen auf Nitridsubstraten und auf elektronische und optoelektronische Bauteilstrukturen und Bauteilvorläuferstrukturen, gewachsen mittels solcher Verfahren.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Aluminium-Indium-Gallium-Nitrid (AlInGaN) und verwandte III-V Nitridlegierungen sind Halbleitermaterialien mit großer Bandlücke, die Anwendung in der Optoelektronik finden (zum Beispiel in der Herstellung von blauem und UV-Licht emittierenden Dioden und Laserdioden) und in Hochfrequenz-Hochtemperatur- und Hochleistungselektronik. Bildung von Hochleistungsbauteilen umfasst typischerweise Wachstum von epitaktischen Filmen hoher Qualität auf einem Substrat.
  • AlInGaN-legierungsbasierte Elektronik und optoelektronische Bauteile sind typischerweise gewachsen auf fremden (heteroepitaktischen) Substraten, wie Saphir und Siliziumkarbid (SiC). Eine erste Überlegung bei der Auswahl eines Substrats zum Wachstum solcher Bauteile ist der Grad der Kompatibilität zwischen den Gitterstrukturen des Subtrats und den darauf gewachsenen Legierungsschichten. Wesentliche Unterschiede in Gitterstrukturen und/oder thermischer Ausdehnungscharakteristik zwischen einem fremden Substrat und darauf gewachsenen Bauteilschichten kann bewirken, dass solche Bauteilschichten eine hohe Defektdichte (oder Fehlbesetzungsdichte) aufweisen, was die Leistungsfähigkeit des Bauteils nachteilig beeinflussen wird.
  • Ein Ansatz, um die Leistungsfähigkeit des Bauteils zu erhöhen, war das Einschließen von Abstandhalterschichten oder Pufferschichten zwischen dem Substrat und den aktiven Schichten, die darauf epitaktisch gewachsen sind. Trennung mittels eines solchen Abstandhalters dient zum Beabstanden aktiver Regionen von Substratgrenzflächenregionen mit hoher Fehlbesetzungsdichte, und reduziert daher die Leistungsauswirkung der Fehlbesetzungsdefekte auf die aktiven Regionen.
  • Um die Funktionalität optoelektronischer Bauteile weiter zu verbessern, wäre es wünschenswert, auf die Verwendung solcher Abstandshalterschichten zu verzichten, und dennoch AlInGaN-basierte Bauteile zu erhalten, welche geringe Fehlbesetzungsdichten aufweisen, einschließlich Bauteile, die geeignet sind, um kurzwellige Ausgaben bereitzustellen.
  • Derzeit werden vom Fachmann typischerweise Aluminiumnitrid (AlN)-Substrate zum Wachstum von AlInGaN-basierten Bauteilen verwendet. AlInGaN-legierungsbasierte epitaktische Schichten, die auf AlN-Substraten mit geringer Fehlbesetzungsdichte gewachsen werden, führen zu Bauteilen kurzer Wellenlänge mit geringeren Fehlbesetzungsdichten als jene, die auf Saphir oder SiC gewachsen werden. Es wäre dennoch wünschenswert, zusätzliche Substrate zu entwickeln, welche die Herstellung von Bauteilen mit geringer Fehlbesetzungsdichte erlauben.
  • Es bleibt also ein Bedarf auf dem Gebiet für alternative Substrate, um als Wachstumsmaske dienen zu können, zur Bildung von elektronischen und optoelektronischen Bauteilstrukturen, basierend auf Nitridlegierungen der III. Hauptgruppe (z. B. AlInGaN); und Verfahren zur Bildung derselben. Solche Bauteilstrukturen sollten wünschenswerterweise niedrige Fehlbesetzungsdichten aufweisen. Bedarf besteht auf dem Gebiet ebenso für elektronische und optoelektronische Hochleistungsbauteile mit geringen Fehlbesetzungsdichten und Verfahren zur Anfertigung derselben. Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beantworten diese Bedürfnisse und stellen zusätzliche Vorteile bereit.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektronische und optoelektronische Bauteilstrukturen und Verfahren zur Anfertigung von AlInGaN-legierungsbasierten elektronischen und optoelektronische Bauteilstrukturen, in welchen AlInGaN-Legierungsschichten an oder über einen Nitridsubstrat abgeschieden werden und das Substrat anschließend entfernt wird. Die resultierenden Bauteilstrukturen weisen epitaktische Schichten hoher Qualität und eine Fehlbesetzungsdichte in Einklang mit der Fehlbesetzungsdichte des Substrats auf.
  • In einer Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Anfertigung einer elektronischen oder optoelektronische Bauteilstruktur, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: epitaktisches Wachsen einer oder mehrerer Schichten einer AlInGaN-Legierung an oder über einem Nitridsubstrat, um einen Halbleiterbauteilkomplex zu bilden und Entfernen des Substrats von dem Halbleiterbauteilkomplex, um eine resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur zu bilden. Die resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur ist daher frei von dem Nitridsubstrat, auf welchem es gewachsen wurde.
  • In einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf eine elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur gebildet mittels des vorgenannten Verfahrens. Das resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteil hat den Vorteil, dass es auf einem nicht-fremden Nitridsubstrat gewachsen wurde, allerdings frei von dem Substrat ist, auf welchem es gewachsen wurde.
  • In einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Anfertigung einer elektronischen oder optoelektronische Bauteilstruktur, wobei das Verfahren die Schritte epitaktischen Wachsens einer oder mehrerer Schichten auf einer AlInGaN-Legierung an oder über einem gitterangepassten Substrat umfasst, um einen Halbleiterbauteilkomplex zu bilden und Entfernen des Substrats von dem Halbleiterbauteilkomplex, um eine resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur zu bilden. Die resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur ist daher frei von dem Substrat auf welchem sie gewachsen wurde.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines ersten Halbleiterbauteilkomplexes, gebildet gemäß einem Verfahren zur Anfertigung einer elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstruktur, wie hierin beschrieben.
  • 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines zweiten Halbleiterbauteilkomplexes, gebildet gemäß einem Verfahren zur Anfertigung einer elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstruktur, wie in Beispiel 1 dieser Offenbarung beschrieben.
  • 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines dritten Halbleiterbauteilkomplexes, gebildet gemäß einem Verfahren zur Anfertigung einer elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstruktur, wie in Beispiel 2 dieser Offenbarung beschrieben.
  • 4A–4D zeigen schematische Querschnittsansichten von Strukturen, gebildet mittels Ausführen von Schritten eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in Zusammenhang mit Beispiel 3 dieser Offenbarung beschrieben.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf verbesserte Verfahren zur Anfertigung elektronischer und optoelektronischer Bauteilstrukturen, umfassend Wachstum einer oder mehrerer AlInGaN-Schichten auf einem Nitridsubstrat, wobei Substrat entfernt wird, folgend dem Wachstum der Bauteilschichten, die darauf gewachsen sind. Optional kann das Substrat wiederverwendet werden. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf elektronische und optoelektronische Bauteilstrukturen, hergestellt mittels Verfahren gemäß der Erfindung.
  • In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Anfertigung einer elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstruktur die Schritte des epitaktischen Wachsens einer oder mehrerer Schichten einer AlINGaN-Legierung an oder über einem Nitritsubstrat, um einen Halbleiterbauteilkomplex zu bilden und Entfernen des Substrats von dem Halbleiterbauteilkomplex, um eine resultierende elektronischen oder optoelektronische Bauteilstruktur zu bilden. Die resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur ist frei von dem Nitritsubstrat, auf welchem sie gewachsen wurde.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist eine elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur gebildet mittels eines Verfahrens, umfassend epitaktisches Wachsen einer oder mehrerer Schichten einer AlInGaN-Legierung auf oder über einem Nitridsubstrat, um einen Halbleiterbauteilkomplex zu bilden, und Entfernen des Substrats von dem Halbleiterbauteilkomplex, um eine resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur zu bilden. Die resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur ist frei von dem Nitridsubstrat, auf welchem sie gewachsen wurde.
  • Noch eine weitere Ausführungsform bezieht sich auf ein Verfahren zur Anfertigung einer elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstruktur umfassend epitaktisches Wachsen einer oder mehrerer Schichten einer AlInGaN-Legierung auf oder über einem gitterangepassten Substrat, um einen Halbleiterbauteilkomplex zu bilden und Entfernen des Substrats von dem Halbleiterbauteilkomplex, um eine resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur zu bilden. Die resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur ist frei von dem gitterangepassten Substrat, auf dem sie gewachsen wurde.
  • Der Begriff „Nitridsubstrat", wie im Zusammenhang mit dieser Offenbarung verwendet, bezieht sich auf ein Substrat, von dem zumindest ein überwiegender Anteil aus GaN besteht, zum Beispiel zumindest 60 Gewichtsprozent (Gew.-%, englisch auch wt%) Ga, zumindest 70 Gew.-% Ga, zumindest 75 Gew.-% Ga, mindestens 80 Gew.-%, mindestens 90 Gew.-% Ga, mindestens 95 Gew.-% Ga, mindestens 99 Gew.-% Ga oder 100 Gew.-% Ga. Solch ein Substrat kann verschiedentlich GaN umfassen, aus GaN bestehen oder im Wesentlichen aus GaN bestehen. Das Substrat kann in seiner Art dotiert oder undotiert sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat zusätzlich zu dem überwiegendem GaN-Anteil andere Nicht-GaN III-V-Nitridkomponenten enthalten, wie zum Beispiel AlN, AlInN, AlGaN, InN, InGaN oder AlInGaN, abhängig von dem stöchiometrischen Beschränkungen, wie weiter unten diskutiert. Der Nicht-GaN-Anteil des Substrats kann in Form von einer oder mehreren Schichten in dem Substrat vorliegen oder sonst als diskrete Regionen oder Einschlüsse in dem Substratmaterial vorliegen oder alternativ kann das Substrat homogen sein mit Bezug auf die gemischten GaN- und Nicht-GaN-Komponenten. Als noch eine weitere Alternative kann das Substrat einen gestuften Zusammensetzungscharakter haben in eine oder mehrere Richtungen des Substratgegenstands.
  • Der Begriff „Galliumnitrid" oder „GaN", wie er in dieser Offenbarung verwendet wird, bezieht sich entweder auf dotiertes (z. B. n-Typ oder p-Typ dotiert) oder undotiertes Galliumnitrid.
  • Der im Zusammenhang mit dieser Offenbarung verwendete Begriff „AlInGaN-Legierung" bezieht sich auf eine Nitridlegierung ausgewählt aus Metallen der III. Hauptgruppe, im Allgemeinen dargestellt durch: (Al, In, Ga)N oder AlxGayIn1-x-yN, wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1 ist. Wenn im Rahmen dieser Offenbarung mit der allgemeinen Formel AlInGaN bezeichnet, dann sind die AlInGaN-Legierungen beabsichtigt, um ausgelegt zu werden als jegliches stöchiometrisch geeignete Verhältnis oder Menge (z. B. durch Variationen der stöchiometrischen Koeffizienten x und y) jeder Komponente im Verhältnis zu den anderen Komponenten, um stabile Legierungsformen von AlInGaN zu erhalten. Ähnlich beziehen sich AlGaN, InGaN oder AlInN, wie sie in dieser Offenbarung verwendet werden, auf Legierungen mit stöchiometrisch geeigneten Verhältnissen, welche die obige Formel erfüllen. Genauer, bezieht sich AlGaN auf eine Nitridlegierung, die Al und Ga, enthält, InGaN bezieht sich auf eine Nitridlegierung, die In und Ga enthält und AlInN bezieht sich auf eine Nitridlegierung, die Al und In enthält. Die Werte von x und y müssen keine ganzzahligen Werte sein. Beispiele für solche Nitridlegierungen der III. Hauptgruppe umfassen aber sind nicht begrenzt auf Legierungen wie zum Beispiel AlN, GaN, InN, Al0,3Ga0,7N, Al0,85In0,15N, In0,1Ga0,9N und Al0,1In0,1Ga0,8N. Soweit nicht anders angegeben, umfasst in dieser Beschreibung der Begriff „AlInGaN-Legierung" auch AlInGaN-Legierungsmischungen, dotierte Materialien (z. B. n-Typ oder p-Typ oder kompensiert) und undotierten Materialien.
  • Auf einem Substrat gebildete Bauteile, im Sinne der breiten Verwendung im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, können homoepitaktische oder heteroepitaktische sein, bezogen auf das Substrat und die Bauteilstruktur; und das Substrat kann optional ein oder mehrere Schichten dazwischen umfassen, als Zwischenschichten aus jeglichem geeigneten Material, welches kompatibel mit dem Substrat und der Bauteilstruktur ist.
  • Wie im Zusammenhang mit dieser Offenbarung verwendet, bezieht sich der Begriff „epitaktisch" auf ein geordnetes kristallines Wachstum auf einem kristallinen Substrat. Wenn die gewachsenen Kristalle dieselben sind wie jene des Substrats, ist das Wachstum „homoepitaktisch" und wenn die gewachsenen Kristalle verschieden sind von jenen des Substrats, so ist das Wachstum „heteroepitaktisch". Die Epitaxie, wie in diesem Offenbarung verwendet, kann gewachsen sein mittels jeglicher bekannter epitaktischen Abscheidungsmethode, umfassend aber nicht beschränkt auf chemische Dampfabscheidung, (chemical vapor deposition – CVD) metallorganische chemische Dampfabscheidung (metalorganic chemical vapor deposition – MOCVD), atomare Schichtepitaxie, Molekularstrahlepitaxie (molecular beam epitaxy – MBE), Gasphasenepitaxie, Hybridgasphasenepitaxie (hybrid vapor Phase epitaxy – HVPE), Sputtern und dergleichen. Schichten eines Kristalls, erzeugt mittels eines epitakischen Verfahrens, werden im Folgenden als „epitaktische Schichten" oder „epitaktische Wafer" bezeichnet. Verfahren zur Bildung von (Al, In, Ga)N-Schichten sind beschrieben in der US-Patentschrift Nr. 5,679,152 , US-Patent Nummer 6,156,156,581 , US Patent 6,592,062 , US Patent 6,440,823 , und US-Patentnummer 6,958,093 , welche alle mittels Verweis Teil dieser Offenbarung sind.
  • „Elektronische" oder „optoelektronische" Bauteilstrukturen, die mittels der Verfahren der Erfindung gebildet werden können, umfassen aber sind nicht beschränkt auf Licht emittierende Dioden (LEDs), Laserdioden (LDs), Transistoren mit hoher Elektronenmobilität (high electron mobility transistors – HEMTs), Heteroübergang-Bipolartransistoren (heterojunction bipolar transitors – HBTs), Metallhalbleiter-Feldeffekttransistoren (metal semiconductor field-effect transistors – MESFETs), Schottkydioden, pn-Übergang Dioden, pin Dioden, Leistungstransistoren, Ultraviolett-Fotodetektoren, Drucksensoren, Temperatursensoren und Bauteile für akustische Oberflächenwellen, sowie andere elektronische und/oder optoelektronische Bauteile, die vorzugsweise hergestellt werden können auf Nitridsubstraten unter Verwendung von Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur ausgeführt als eine Emitterdiode. Die Emitterdiode kann eine Wellenlänge innerhalb des UV-Bereichs emittieren. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur ausgeführt in einem nicht-lichtemittierenden elektronischen Bauteil.
  • Elektronische oder optoelektronische Bauteilstrukturen gebildet mittels Verfahren, wie sie hierin bereitgestellt werden, umfassen vorzugsweise Halbleiter, die halbleitend sind, wenn sie elektrischen Feldern, Licht, Druck und/oder Wärme ausgesetzt sind. Eine elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur, gebildet mittels eines Verfahrens der Erfindung, umfasst vorzugsweise einen „aktiven" Bereich bzw. Region, welcher eine oder mehrere AlInGaN-Legierungsschichten umfasst.
  • Herkömmliche elektronische oder optoelektronische Bauteilstrukturen können Schichten von aktiven Materialien umfassen, gebildet mittels epitaktischen Abscheidens, wobei die anfangs abgeschiedene, auf einem Substrat gebildete Schicht als Wachstumsmaske dient. Ein resultierender Wafer, umfassend die epitaktische Mehrlagenstruktur, kann dann verschiedenen Strukturierungs-, Ätz-, Passivierungs- und Metallisierungstechniken ausgesetzt werden, um betriebsfähige Bauteile zu bilden, und der Wafer kann unterteilt werden in einzelne Halbleiterchips. Solche Chips können weiteren Prozessschritten bzw. Bearbeitungsschritten unterzogen werden; zum Beispiel LED-Rohchips (Chips) sind typischerweise gepackt mit einem oder mehreren Drahtkontakten, einem Reflektor und einer Einbettmasse.
  • Beim Auswählen von Materialien für das Substrat und die epitaktischen Schichten eines Halbleiterbauteilkomplexes, müssen Gitterkonstanten und das Potential zur Ausbildung von Fehlbesetzungen oder anderer kristalliner Defekte berücksichtigt werden. Elektronische oder optoelektronische Bauteilstrukturen mit geringerer Fehlbesetzungsdichte sind im Allgemeinen wünschenswert, da sie einen Hochleitungsbetrieb ermöglichen. Um elektronische oder optoelektronische Bauteilstrukturen mit geringen Fehlbesetzungsdichten zu erhalten, ist es wünschenswert solche Strukturen auf gitterangepassten Substraten mit geringer Fehlbesetzungsdichte zu wachsen. Solche Substrate sind in der Produktion eine Herausforderung und teuer zu unterhalten. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Bilden elektronischer oder optoelektronischer Bauteilstrukturen mit geringer Fehlbesetzungsdichte auf Nitridsubstraten mit niedrigen Fehlbesetzungsdichten. Nitridsubstrate, wie sie in den Verfahren der Erfindung verwendet werden, werden anschließend entfernt, und können wiederverwendet werden, wenn sie im Wesentlichen intakt entfernt werden.
  • Epitaktisch gewachsene Schichten auf einem Substrat mit geringer Fehlbesetzungsdichte sollten gitterangepasst an das Substrat sein. Die Anpassung der Gitterkonstanten zwischen dem Substrat und den epitaktisch gewachsenen Schichten ist wichtig, da abweichende Gitterkonstanten Verspannung in den Schichten verursachen und zu Defekten in dem gebildeten Halbleiterbauteilkomplex führen. Zusätzlich erlauben Legierungen mit gut angepassten Gitterstrukturen die Bildung eines Halbleiterbauteilkomplexes mit geringer Fehlbesetzungsdichte mit variierender Bandlücke zwischen den Schichten.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine effektive Lösung zur Bildung einer elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstruktur mit minimaler Verspannung zwischen dem Substrat und dem epitaktisch gebildeten Schichten bereit. Eine Ausführungsform bezieht sich auf ein Verfahren unter Verwendung eines Nitridsubstrats mit geringer Fehlbesetzungsdichte, zum Aufbau eines in hohem Maße gitterangepassten Halbleiterbauteilkomplexes, umfassend ein Nitridsubstrat und epitaktische Schichten einer AlInGaN-Legierung geringer Fehlbesetzungsdichte mit minimaler Verspannung im Vergleich zur Bildung von solchen epitaktischen Schichten auf einem AlN Substrat. Anschließende Entfernung des Nitridsubstrats (welches eine Bandlücke von nur ungefähr 3,37 eV hat und Strahlung mit Wellenlängen kürzer als etwa 365 nm) stark absorbieren wird, verhindert die Absorption kurzwelligen Lichts, was Verwendung der resultierenden optoelektronischen Bauteilstruktur in einem breiten Anwendungsbereich erlaubt. Das Nitridsubstrat kann vorzugsweise entfernt werden, um die Leistungsfähigkeit eines elektronischen Bauteils zu erhöhen. Zum Beispiel kann die Entfernung des Substrats den gesamten Spannungsabfall eines vertikalen Bauteils reduzieren oder das Kühlen erleichtern durch Verkürzen der Wärmetransportstrecke.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Material, das für die epitaktisch gebildeten Schichten verwendet wird, aus AlInGaN-Legierung(en) zusammengesetzt. AlInGaN-Legierungen erlauben Vielseitigkeit, da Bandlücken- und Gitterkonstanten-Charakteristik variiert werden können. In ähnlicher Weise sind AlGaN, AlInN und InGaN sind wünschenswert für Verwendung in den Verfahren der Erfindung. In noch einer weiteren Ausführungsform kann das Material der epitaktischen Schicht gewählt werden aus AlN und InN.
  • In einer Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Anfertigung einer elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstruktur, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: epitaktisches Wachsen einer oder mehrerer Schichten von AlInGaN an oder über einem Nitridsubstrat, um einen Halbleiterbauteilkomplex zu bilden; und Entfernen des Substrats von dem Halbleiterbauteilkomplex, um eine resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur zu bilden, wobei die resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur im Wesentlichen frei von dem Nitridsubstrat ist, an welchem sie gewachsen wurde.
  • 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Halbleiterbauteilkomplexes 1 gebildet gemäß einem Verfahren zur Anfertigung einer elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstruktur, wie hierin beschrieben. Genauer umfasst der Halbleiterbauteilkomplex 1 ein GaN-Substrat mit geringer Fehlbesetzungsdichte 2 und zumindest eine epitaktische AlInGaN-Legierungsschicht 3. Folgend auf Wachstum der zumindest einen epitaktischen Schicht, wird das GaN-Substrat als Teil des Bearbeitens entfernt, um eine funktionierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur, die frei von dem ursprünglichen Substrat ist, zu bilden.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist die zumindest eine epitaktische AlInGaN-Legierungsschicht aus AlInGaN, AlGaN, AlInN, InGaN, GaN, AlN und InN unabhängig ausgewählt.
  • In einer Ausführungsform kann das Nitridsubstrat vor dem Hinzufügen der epitakischen Schicht bzw. Schichten behandelt werden. Solch eine Behandlung kann zum Beispiel Hinzufügen einer Abstufungsschicht zu der Substratoberfläche umfassen. In einer Ausführungsform wird eine AlInGaN-Legierungsabstufungsschicht zu dem Nitridsubstrat hinzugefügt. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Abstufungsschicht AlGaN. Einschließen solch einer Abstufungsschicht stellt einen Übergang zwischen dem Substrat und den epitaktischen Schichten bereit.
  • In einer Ausführungsform hat das Nitridsubstrat eine geringe Fehlbesetzungsdichte, vorzugsweise weniger oder gleich etwa 5 × 107 cm–2, noch weiter bevorzugt weniger oder gleich etwa 1 × 107 cm–2, weiter bevorzugt weniger oder gleich etwa 5 × 106 cm–2 und noch weiter bevorzugt weniger oder gleich etwa 1 × 106 cm–2.
  • In einer Ausführungsform umfasst die resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur Beliebige aus einer Diode, einem Transistor, einem Detektor, einem integrierten Schaltkreis, einem Widerstand und einer Kapazität. In noch einer weiteren Ausführungsform umfasst das Bauteil eine lichtemittierende Diode oder eine Laserdiode. Solch eine Emitterdiode kann Licht emittieren in einer Wellenlänge innerhalb des ultravioletten(UV)-, sichtbaren oder infraroten Spektrums. In einer bevorzugten Ausführungsform sind UV-Emitter, wie UV-LEDs, gebildet gemäß den Verfahren der vorliegenden Erfindung, geeignet, um Wellenlängen von weniger oder gleich etwa 400 nm zu emittieren.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst eine elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur ein HEMT. Entfernung des Nitridsubstrats, auf welchem eine HEMT oder HEMY-Vorläuferstruktur gewachsen wurde, stellt die oben genannten Vorzüge, einschließlich des verbesserten Wärmetransports und/oder reduzierten Spannungsabfall in einem vertikalen Bauteil bereit.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform hat die resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur eine Fehlbesetzungsdichte von vorzugsweise weniger oder gleich etwa 5 × 107 cm–2, weiter bevorzugt weniger oder gleich etwa 1 × 107 cm–2, noch weiter bevorzugt weniger oder gleich etwa 5 × 106 cm–2, und noch weiter bevorzugt weniger oder gleich etwa 1 × 106 cm–2, insbesondere in einer aktiven Region einer solchen Struktur.
  • Gemäß mehrerer Ausführungsformen der Erfindung wird ein Substrat entfernt von einem Halbleiterbauteilkomplex, der darauf gebildet ist. Entfernen des Substrats kann auch in dieser Offenbarung bezeichnet werden als Trennung oder Teilung von dem Substrat. Entfernung, Trennung oder Teilung von dem Substrat kann vorzugsweise ausgeführt werden durch Modifizieren der Grenzfläche zwischen dem Substrat und den AlInGaN-Legierungsepitaxieschichten. Solche Modifizierungen können bewirkt werden mit Beliebigen aus einer Vielzahl von Möglichkeiten umfassend aber nicht begrenzt auf: Heizen der Grenzfläche, Laserstrahl- und/oder fokussierter Lichteinfall auf die Grenzfläche, Verwenden einer Zwischenschicht oder Teilungsschicht, welche das Teilen erleichtert, Zersetzen eines grenzflächigen Materials, wobei Gas an der Grenzfläche erzeugt wird, die Grenzfläche Schallenergie aussetzen, Elektronenstrahl (e-beam) Bestrahlung der Grenzfläche, radiofrequente(RF)-Kopplung an die Grenzfläche, Nass- oder Trockenätzen, selektives Schwachen des Grenzflächenmaterials, selektive Versprödung von Grenzflächenmaterial, laterales Brechen der Grenzflächenregion und dergleichen. Teilungsmethoden, wie sie für die Verwendung in Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung in Betracht kommen, umfassen daher jegliche effektiven photonischen, akustischen, physikalischen, chemischen, thermischen oder energetischen Prozesse, sowie Kombinationen daraus, resultierend in der Trennung des Substrats von der elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstruktur.
  • Chemische Teilungsprozesse können umfassen licht indizierte Zersetzung eines lichtempfindlichen Grenzflächenmaterials, welches unter Lichtanregungsbedingungen freie Radikale freisetzt, zur Katalyse einer grenzflächigen Zersetzungsreaktion, oder chemisches Ätzen, wobei das grenzflächige Material vorzugsweise empfänglich ist für ein Ätzmittel, welches in der Umgebung des Halbleiterbauteilkomplexes eingebracht wird. Ionenimplantation kann verwendet werden zum Erzeugen einer geschwächten Region zum Bruch innerhalb des Halbleiterbauteilkomplexes.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Substratentfernung Nass- oder Trockenätzen. Wenn Entfernung mittels Ätzens durchgeführt wird, so kann ein Ätzmittel, welches das Substrat ätzt oder eine abgeschiedene „Ätz"-Schicht verwendet werden. Verwendung einer solchen Ätzschicht würde erlauben, die Ätzschicht zu ätzen, wobei das Substrat und das Bauteil zumindest im Wesentlichen intakt bleiben. Zusätzlich könnte eine dazwischen liegende Ätzstopschicht zunächst auf dem Substrat gebildet werden, vor Bildung der zumindest einen AlInGaN-Legierungsschicht, um zu verhindern, dass das Ätzmittel die Entfernung der Bauteilschichten bewirkt. Solch eine Ätzstopschicht kann weiteres Ätzen vollständig aufhalten oder die Ätzrate verlangsamen.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Substratentfernung Ionenimplantation in Verbindung mit einem anschließenden thermischen Prozess. Gemäß einem solchen Verfahren wird eine Schicht des Halbleiterkomplexes, die mit Ionen (z. B. Wasserstoffionen) mittels eines Ionenimplantationsprozesses implantiert wurde, kann einem Trennungsschritt mit erhöhter Temperatur ausgesetzt werden. In diesem Schritt bauen die implantierten Ionen in situ einen Druck auf in oder nahe an der implantierten Schicht, der Bruch des Substrats von der elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstruktur bewirkt, die darauf gebildet ist, wodurch die resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur erhalten wird. Andere Ionen, die in solch einem Implantationsprozess zur Substratentfernung verwendet werden, können umfassen aber sind nicht begrenzt auf Helium-Ionen.
  • Dem Fachmann ist eine große Vielzahl von Verfahren zum Teilen des Substrats von der AlInGaN-Legierung bekannt. Teilungsverfahren können allein oder in Kombination verwendet werden. Teilungsverfahren sind ebenfalls beschrieben in US-Patent Nr. 5,679,152 , US-Patent Nr. 6,156,581 , US Patent Nr. 6,592,062 , US Patent Nr. 6,440,823 und US Patent Nr. 6,958,093 , die alle durch Referenz Teil dieser Offenbarung werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Verfahren zum Entfernen des Substrats Beliebige umfassen aus: Schleifen, Nassätzen, Trockenätzen, optische Trennung und Ionenimplantation in Kombination mit schnellem thermischen Ausheilen (rapid thermal annealing – RTA). Die gewählte Entfernungstechnik kann abhängig von dem Typ des gewachsenen Bauteils.
  • Der Ausdruck „entfernen", wie im Zusammenhang mit dieser Offenbarung im Zusammenhang mit der Entfernung des Substrats von dem darauf gewachsenen Bauteil verwendet, bezieht sich auf entweder vollständige Entfernung des Substrats oder teilweise Entfernung des Substrats. Vorzugsweise wird im Wesentlichen das gesamte Substrat entfernt. In einer Ausführungsform wird die Substratentfernung so bewirkt, dass weniger als 10 Mikrometer des Substrats auf dem Bauteil zurückbleiben. Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Substratentfernung so ausgeführt, dass weniger als ein Mikrometer des Substrats auf dem Bauteil zurückbleibt.
  • In einer Ausführungsform ist die Grenzfläche zwischen dem Substrat und den AlInGaN-Legierungsschichten chemisch reaktiv gemacht, so dass die Substratergrenzfläche einfach von den Schichten die darauf abgeschieden sind, geteilt werden kann.
  • In mehreren Ausführungsformen der Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Teilungsschicht vorgesehen sein zwischen dem Substrat und den darüber liegenden AlInGaN-Legierungsschichten. In einer Ausführungsform umfasst die Teilungsschicht InGaN. In einer Ausführungsform die im Detail im Beispiel 2 beschrieben wird, kann der Halbleiterbauteilkomplex Photonen ausgesetzt werden, was zur Absorption der Photonen durch die InGaN-Schicht führt, aber nicht durch das Substrat oder epitaktische Schichten. Die Bandlückencharakteristik der verschiedenen Schichten beeinflusst Absorption durch jede Schicht. Optional kann der Halbleiterbauteilkomplex auch einen Träger umfassen, in welchem Fall die Aussetzung zu Photonen ausgeführt werden kann von der Seite des Halbleiterbauteilkomplexes, die dem Träger gegenüberliegt. Weitere Nitridlegierungen können verwendet werden als solch eine Teilungsschicht.
  • Beispielhafte Verfahren der Erfindung – einschließlich mechanische Entfernung des Substrats von einer LED mittels Schleifen (Beispiel 1), optische Trennung des Substrats von einer LED mittels Photonenbeschuss des Komplexes (Beispiel 2) und Entfernen des Substrats von einer LED mittels RTA nach Ionenimplantation (Beispiel 3) – werden im Folgenden erklärt.
  • Wenngleich die folgende Erfindung beschrieben wurde mit besonderer Bezugnahme auf ein Nitridsubstrat und AlInGaN-Legierungsschichten, einschließlich optionaler Zwischenschichten, welche Verspannungsreduzierung oder Teilung von dem Substrat erleichtern, ist die Erfindung nicht in dieser Hinsicht beschränkt. Elektronische der optoelektronische Bauteilstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung können auch weitere epitaktische Schichten, Bauteilstrukturen, Bauteilvorläufer, andere abgeschiedene Materialien oder Bauteile gebildet aus solchen Materialien sein, sofern diese grenzflächige Bearbeitung, zum Bewirken der Trennung des Nitridsubstrats, nicht verhindern. Die zuvor genannten Schichten, Strukturen, Vorläufer und Materialien können abgeschieden werden vor oder nachdem die Teilung durchgeführt ist, wie erforderlich und/oder geeignet zur endgültigen Verwendung der elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstruktur. Systeme, die diese Strukturen umfassen werden ebenfalls betrachtet hinsichtlich der breiten Anwendung der Erfindung.
  • Vorteile, die durch das Entfernen eines Substrats bereitgestellt werden, können abhängig sein von dem Typ der elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstruktur, die darauf gebildet ist. Solche Vorteile können umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: erhöhte Lichtemission durch die Entfernung absorbierender Schicht(en), verbessertes Temperaturmanagement, verbesserte Lichtausbeute oder Verteilung aufgrund veränderter optischer Pfade, verbesserte elektrische Leitfähigkeit, herrührend von angrenzenden EPI-Schichten, die stärker dotiert oder mit schmalerer Bandlücke und/oder reduziertem Spannungsabfall in einem vertikalen Bauteil, sind.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst eine elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur eine dünne LED, verbunden mit einem Trägerwafer. Solch ein Trägerwafer kann zu der elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstruktur hinzugefügt werden. Ein Träger kann oben auf die epitaktischen Schichten auf dem Halbleiterbauteilkomplex vor Trennung des Substrats hinzugefügt werden. Alternativ kann ein Trägerwafer nach Trennung von dem Substrat hinzugefügt werden. In einer speziellen Ausführungsform umfasst eine elektronische oder optoelektonische Bauteilstruktur eine dünne LED und ein Trägerwafer vor dem Entfernen des Substrats oben auf den epitaktischen Schichten des Halbleiterbauteilkomplexes hinzugefügt. Solch ein Trägerwafer ist besonders vorteilhaft, wenn die Bauteilschichten dünn sind (etwa ≤ 50 Mikrometer) und die Waferfläche groß ist (ungefähr > 5,08 cm im Durchmesser). Der angebrachte Trägerwafer kann anschließend entfernt werden oder der Trägerwafer kann auch für immer an den Bauteilschichten angebracht bleiben, selbst nachdem die Bauteilbearbeitung abgeschlossen ist und einzelne Rohchips produziert sind.
  • Anschließend an die Entfernung des Substrats auf dem eine elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur gewachsen ist, ist die resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur vorzugsweise ein funktionsfähiges Bauteil. In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren ferner Behandlung oder Weiterbearbeiten der elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstruktur nach Entfernen des Substrats, zum Beispiel zum Optimieren der Leistung. Die Behandlung kann umfassen jedes aus: ausheilen nach Implantationsteilung, chemisches Reinigen, Schleifen zum Aufrauen der Oberfläche, Polieren zum Entfernen des Teilungsschadens und Glätten der Oberfläche, Hinzufügen eines Trägers, Schneiden in einem Chip oder in Chips und Kombinieren zu einem geeignetem Paket (package). Falls die resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur eine LED umfasst, kann die LED kombiniert werden mit einem oder mehreren Leuchtstoffen und kann ferner Materialien umfassen, die für das emittierte Licht transparent sind. In einer Ausführungsform umfasst die elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur eine UV-Licht emittierende Diode (LED).
  • Sobald ein Nitridsubstrat auf welchem die elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur gewachsen wurde, entfernt ist, kann das Bauteil anschließend eingebaut oder sonst angebracht werden an einem Substrat. Solch ein angebrachtes Substrat kann die Leistungsfähigkeit der resultierenden elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstruktur beeinflussen durch Optimieren, Erweitern oder sogar Verschlechtern der Leistungsfähigkeit. In einer Ausführungsform kann solch ein Substrat umfassen ein Beliebiges aus Silizium, Diamant, Saphir, Glas, Kupfer, AlN und GaN. In einer weiteren Ausführungsform, kann das angebrachte Substrat von geringerer Qualität sein als das Substrat, an welchem das Bauteil gewachsen wurde. Ein angebrachter Trägerwafer oder neu abgebrachtes Substrat kann zum Beispiel Wärmeabtransport oder elektrische Leitfähigkeit vereinfachen.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung, ist das entfernte Substrat im Wesentlichen intakt nach dem Entfernungsschritt. Als solches kann das Nitridsubstrat mit niedriger Fehlbesetzungsdichte geeignet sein zur Wiederverwendung in epitaktischen Schichtwachstum. Die Wiederverwendung ist vorteilhaft, da GaN-haltige Nitridsubstrate von hoher Qualität mit geringer Fehlbesetzungsdichte schwer herzustellen sind und teuer zu erhalten.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Halbleiterbauteilkomplex behandelt werden während der Bildung. Solche Behandlung kann dienen zum Manipulieren der Leistungsfähigkeit der resultierenden elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstruktur.
  • In einer anderen Ausführungsform, kann eine Teilungsschicht zu dem Halbleiterbauteil hinzugefügt werden zwischen einem Nitridsubstrat und epitaktischen Schichten eines drauf gewachsenen Bauteils oder den Bauteilvorläufers. In einer Ausführungsform umfasst die Teilungsschicht eine AlInGaN-Legierung. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Teilungsschicht InGaN oder AlGaN.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform kann ein Substrat gleichzeitig mit dem Entfernungsprozess dünner werden.
  • Behandlung einer elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstruktur kann umfassen die Bildung von Durchkontaktierungen. Solch eine Behandlung stellt verbesserte (das heißt reduzierte) Diodenspannungsabfälle in der resultierenden elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstruktur bereit.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Anfertigung zur elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstruktur, wobei die Methode die Schritte umfasst:
    Epitaktisches Wachsen einer oder mehrerer Schichten einer AlInGaN-Legierung an oder über einem gitterangepassten Substrat, um einen Halbleiterbauteilkomplex zu bilden; und
    Entfernen des Substrats von dem Halbleiterbauteilkomplex, um eine resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur zu bilden,
    wobei die resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur frei ist von dem Substrat auf welchem sie gewachsen wurde.
  • In einer Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Entwerfen einer UV-LED mit geringer Fehlbesetzungsdichte. Solch ein Verfahren umfasst epitaktisches Wachsen einer oder mehrerer Schichten auf einer AlInGaN-Legierung auf einem homoepitaktischen Nitridsubstrat, um eine UV-LED auf dem Substrat zu bilden und Trennen des Nitridsubstrats von der UV-LED. Die getrennte UV-LED ist eine voll funktionsfähige UV-LED, mit geringer Fehlbesetzungsdichte, frei von dem Nitridsubstrat auf welchem sie gewachsen wurde.
  • Die folgenden Beispiele sind gedacht zu rein illustrativen Zwecken, jedoch nicht um die Erfindung einzuschränken.
  • Beispiel 1
  • UV-LED gewachsen auf GaN-Substrat und Substratentfernung mittels Schleifens
  • Eine UV-LED kann angefertigt werden durch epitaktisches Wachsen von AlxGayN Schicht oder Schichten (wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y = 1) auf einem GaN-Substrat mit geringer Fehlbesetzungsdichte, mit Abstufung von GaN nach AlGaN, um einen Halbleiterbauteilkomplex zu bilden. Die Stöchiometrie der AlxGayN-Legierung ist gewählt um in Einklang zu sein mit der Wellenlänge des Emitters. Anschließend kann das GaN abgeschliffen werden, bis die AlInGaN-Schicht erreicht ist. Das resultierende, von dem GaN-Substrats getrennte, Bauteil ist eine optoelektronische Bauteilstruktur nützlich als eine UV-LED.
  • Eine Illustration einer schematischen Querschnittsansicht eines ersten Halbleiterbauteilkomplexes, vor der Entfernung des GaN-Substrats, ist gezeigt in 2. Insbesondere umfasst der Halbleiterbauteilkomplex ein Galliumnitridsubstrat 12 mit geringer Fehlbesetzungsdichte, eine AlGaN-Abstufungsschicht 13 und zumindest eine AlGaN epitaktische Schicht 14, welche den aktiven Bereich der elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstruktur bildet.
  • Beispiel 2
  • UV-LED gewachsen auf GaN-Substrat und Substratentfernung mittels Photoneneinwirkung
  • Eine UV-LED kann angefertigt werden mittels epitaktischen Wachsens von AlxGa1-xN-Schicht bzw. Schichten auf einem GaN-Substrat mit geringer Fehlbesetzungsdichte mit einer AlInGaN-Abstufungsschicht und einer InGaN-Teilungsschicht, um einen Halbleiterbauteilkomplex zu bilden. Anschließend wird der Komplex der Einwirkung von Photonen ausgesetzt, sei es von der Vorder- oder Rückseite der Struktur. Sofern ein Trägerwafer auf den AlGaN-Schichten verwendet wird, muss die Beleuchtung mit Photonen dem Anbringen des Trägerwafers vorausgehen oder der Trägerwafer muss für die Photonen transparent sein. Alternativ kann die Einwirkung mit Photonen auch von der Rückseite des Komplexes erfolgen, vorausgesetzt die Teilungsschicht hat eine Bandlücke kleiner als das Substrat und die Abstufungsschichten (wie in dem Fall eines GaN-Substrats und einer InGaN-Teilungsschicht). Die Photonen werden absorbiert durch die InGaN-Teilungsschicht, allerdings nicht durch das GaN-Substrat oder AlInGaN-Abstufungsschichten, bewirkend die Trennung des GaN-Substrats und der LED-Bauteilstruktur an der InGaN-Teilungsschicht.
  • Eine Darstellung einer schematischen Querschnittsansicht eines ersten Halbleiterbauteilkomplexes, vor Entfernung des GaN-Substrats, ist in 3 gezeigt. Insbesondere umfasst der Halbleiterbauteilkomplex 21 Galliumnitridsubstrat geringer Fehlbesetzungsdichte 22, eine AlInGaN-Abstufungsschicht 23, eine Teilungsschicht bestehend aus InGaN 24 und zumindest eine epitaktische AlGaN-Schicht 25, welche die aktive Region der elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstruktur bildet. Die Darstellung zeigt den Komplex, wie er Photoneneinwirkung unterläuft, von der Front des Komplexes (das heißt durch Schicht 25) oder wahlweise von der Rückseite des Komplexes (das heißt durch Schicht 22).
  • Beispiel 3
  • UV-LED gewachsen auf GaN-Substrat und Substratentfernung mittels Ionenimplantation und RTA
  • Ein UV-LED kann angefertigt werden mittels epitaktischen Wachens von AlInGaN-Legierungsschicht bzw. Legierungsschichten auf ein GaN-Substrat geringer Fehlbesetzungsdichte mit einer AlGaN-Abstufungsschicht zum Bilden eines Halbleiterbauteilkomplexes. Der Komplex kann anschließend beschossen werden mit monoenergetischen H+-Ionen zum Implantieren solcher Ionen in dem Komplex an einer vorbestimmten Tiefe in der AlGaN-Schicht. Ein Träger kann wahlweise oben auf der epitaktischen Schicht bzw. den epitaktischen Schichten des Halbleiterbauteilkomplexes hinzugefügt werden. RTA kann zum Brechen des Komplexes entlang der Linie der mittleren H+-Implantationstiefe verwendet werden, was Entfernung des GaN-Substrats von der LED erlaubt. Die Rückseite der LED kann gereinigt und aufgeraut und an ein Substrat angebracht werden, sofern gewünscht. Das angebrachte Substrat ist verschieden von jenem, auf welchen die LED gewachsen wurde. Einmal eingebaut können die LED und das angebrachte Substrat ausheilen, um jegliche Beschädigung aus den vorangegangenen Prozessen zu entfernen. Das entfernte GaN-Substrat kann poliert und für weitere epitaktische Schichtwachstumsprozesse wiederverwendet werden.
  • Eine schematische Darstellung des Verfahrens von Beispiel 3 ist gegeben in 4A bis 4D, jeweils Querschnittsansichten von Strukturen (einschließlich Zwischenprodukte) zeigend, während der Ausführung der Schritte des Beispiels. Insbesondere zeigt 4A einen Halbleiterbauteilkomplex 31 umfassend ein GaN-Substrat geringer Fehlbesetzungsdichte 32, eine abgestufte AlGaN-Schicht 33 und zumindest eine epitaktische AlInGaN-Legierungsschicht 34, um eine LED 40 zu bilden. 4B zeigt die Implantation von H+-Ionen in dem Halbleiterbauteilkomplex 31. 4C zeigt den Halbleiterbauteilkomplex 31 mit der mittleren Implantationstiefe 35 der H+-Ionen, die innerhalb der AlGaN-Schicht 33 und einer hinzugefügten Trägerschicht 36 implantiert sind; und 4D zeigt Bruch des Halbleiterbauteilkomplex 31 entlang der mittleren Implantationstiefe 35 innerhalb der AlGaN-Schicht 33 in Abschnitte 33A und 33B, um ein funktionsfähiges LED-Bauteil 37 und ein wieder verwendbares GaN-Substrat 38 geringer Fehlbesetzungsdichte zu bilden.
  • Beispiel 4
  • HEMT gewachsen auf GaN-Substrat und Substratentfernung mittels Schleifen und anschließendes Aufbringen auf einen Diamanten
  • Ein HEMT kann auf einem leitfähigen GaN-Substrat geringer Fehlbesetzungsdichte gewachsen werden. Der HEMT ist umgeben von mehreren Mikrometern von undotierten GaN und ist bedeckt zum Beispiel mit 30 nm von 30% AlGaN. Die HEMT-Struktur ist formbar unter Verwendung einer Abfolge von gewöhnlichen Bauteilherstellungsschritten, wie sie dem Fachmann bekannt sind, umfassend zum Beispiel Strukturieren, Ätzen, Mettalabscheidung, dielektrische Abscheidung und Reinigung. Anschließend an das Wachstum des HEMT kann das GaN weggeschliffen werden oder entfernt werden mittels jeglicher anderer geeigneten Technik, wie oben diskutiert, und wieder aufgebracht werden auf ein isolierendes und thermisch leitfähiges Substrat, wie zum Beispiel Diamant. Das resultierende HEMT, getrennt von dem GaN-Substrat, auf welchem es gewachsen wurde, ist ein HEMT von geringer Fehlbesetzungsdichte, ein HEMT mit reduziertem Gate-Fehlerstrom (englisch gate leakage), in der Lage bei hohen Leistungen und hohen Frequenzen zu arbeiten.
  • Wenngleich die Erfindung mit Bezug auf die obigen Beispiele beschrieben wurde, ist für den Fachmann offensichtlich, dass Modifikationen und Varianten eingeschlossen sind im Geist und Umfang der Erfindung. Entsprechend ist die Erfindung allein durch die folgenden Ansprüche beschränkt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 5679152 [0024, 0044]
    • - US 6156156581 [0024]
    • - US 6592062 [0024, 0044]
    • - US 6440823 [0024, 0044]
    • - US 6958093 [0024, 0044]
    • - US 6156581 [0044]

Claims (41)

  1. Verfahren zur Anfertigung einer elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstruktur, das Verfahren umfassend: epitaktisches Wachsen einer oder mehrerer Schichten einer AlInGaN-Legierung an oder über einem Nitridsubstrat, um einen Halbleiterbauteilkomplex zu bilden; und Entfernen des Substrats von dem Halbleiterbauteilkomplex, um eine resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur zu bilden, wobei die AlInGaN-Legierung und das Nitridsubstrat verschiedene Materialien umfassen und wobei die resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur frei ist von dem Nitridsubstrat, an welchem sie gewachsen wurde.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die AlInGaN-Legierung AlxInyGa1-x-yN, mit 0 ≤ x ≤ 1 und 0 ≤ y ≤ 1 ist.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die AlInGaN-Legierung beliebig aus AlGaN, AlInN, InGaN, AlN und InN ausgewählt ist.
  4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Nitridsubstrat GaN umfasst.
  5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Nitridsubstrat und/oder die resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur eine Fehlbesetzungsdichte von weniger oder gleich etwa 5 × 107 cm–2 aufweist.
  6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Nitridsubstrat und/oder die resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur eine Fehlbesetzungsdichte von weniger oder gleich etwa 1 × 107 cm–2 aufweist.
  7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Nitridsubstrat und/oder die resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur eine Fehlbesetzungsdichte von weniger oder in gleich etwa 5 × 106 cm–2 aufweist.
  8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Nitridsubstrat und/oder die resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur eine Fehlbesetzungsdichte von weniger oder gleich etwa 1 × 106 cm–2 aufweist.
  9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur Beliebige aus einer Diode, einem Transistor, einem Detektor, einem integrierten Schaltkreis, einem Widerstand und einer Kapazität umfasst.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur eine Diode umfasst und geeignet ist, eine Wellenlänge von weniger oder gleich etwa 400 nm zu emittieren.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei die Diode eine UV-Licht emittierende Diode (LED) ist.
  12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur einen Transistor hoher Elektronenmobilität (HEMT) umfasst.
  13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Halbleiterbauteilkomplex ferner eine Teilungsschicht umfasst.
  14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Substrat mittels Schleifens entfernt wird.
  15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Substrat mittels Ätzens entfernt wird.
  16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Substrat mittels optischer Trennung entfernt wird.
  17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Substrat mittels Brechens entfernt wird.
  18. Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei das Brechen mittels Ionenimplantation und schnellem thermischen Ausheilen (RTA) ausgeführt wird.
  19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das entfernte Substrat im Wesentlichen intakt ist und geeignet ist zur Wiederverwendung.
  20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, weiter umfassend Ausheilen der elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstruktur nach Entfernung des Substrats.
  21. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, ferner umfassend chemisches Reinigen der elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstruktur nach Entfernung des Substrats.
  22. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, weiter umfassend Anbringen eines Substrats an die elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur, wobei das angebrachte Substrat verschieden ist von dem Substrat, auf welchem die eine oder mehrere AlInGaN-Legierungsschichten gewachsen wurden.
  23. Verfahren gemäß Anspruch 22, wobei das angebrachte Substrat Beliebige aus Silizium, Diamant, Saphir, Glas, Kupfer oder anderes Metall, AlN und GaN umfasst.
  24. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23, weiter umfassend Anbringen eines Trägers an die elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur.
  25. Verfahren gemäß Anspruch 24, wobei der Träger Beliebige aus Silizium, Diamant, Saphir, Glas und Kupfer umfasst.
  26. Verfahren gemäß Anspruch 24 oder 25, wobei der Träger hinzugefügt wird vor der Entfernung des Substrats, auf welchem eine oder mehrere AlInGaN-Schichten gewachsen wurden.
  27. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei der Träger zu den epitaktisch gewachsenen Schichten hinzugefügt wird.
  28. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–27, weiter umfassend das Definieren von Durchkontaktierungen in der Bauteilstruktur.
  29. Elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur gebildet mittels des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 28.
  30. Elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur gemäß Anspruch 29, ausgeführt als eine Emitterdiode.
  31. Elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur gemäß Anspruch 30, wobei die Emitterdiode eine UV-LED ist.
  32. Elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur gemäß Anspruch 29 oder Anspruch 30, ausgeführt in einem nicht-lichtemittierenden elektronischen Bauteil.
  33. Elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur gebildet mittels eines Verfahrens umfassend: epitaktisches Wachsen einer oder mehrerer Schichten einer AlInGaN-Legierung an oder über einem Nitridsubstrat, um einen Halbleiterbauteilkomplex zu bilden; und Entfernen des Substrats von dem Halbleiterbauteilkomplex, um eine resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur zu bilden, wobei die AlInGaN-Legierung und das Nitridsubstrat verschiedene Materialien umfassen und wobei die resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur frei ist von dem Nitridsubstrat, auf welchem sie gewachsen wurde.
  34. Elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur gemäß Anspruch 33, wobei das Nitridsubstrat GaN umfasst.
  35. Elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur gemäß Anspruch 33 oder Anspruch 34, wobei das Nitridsubstrat und/oder die resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur eine Fehlbesetzungsdichte von weniger oder gleich etwa 5 × 107 cm–2 aufweisen.
  36. Elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur gemäß Anspruch 33 oder Anspruch 34, wobei das Nitridsubstrat und/oder die resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur eine Fehlbesetzungsdichte von weniger oder gleich etwa 1 × 107 cm–2 aufweisen.
  37. Elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur gemäß Anspruch 33 oder Anspruch 34, wobei das Nitridsubstrat und/oder die resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur eine Fehlbesetzungsdichte von weniger oder gleich etwa 5 × 106 cm–2 aufweisen.
  38. Elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur gemäß Anspruch 33 oder Anspruch 34, wobei das Nitridsubstrat und/oder die resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur eine Fehlbesetzungsdichte von weniger oder gleich in etwa 1 × 106 cm–2 aufweisen.
  39. Elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur gemäß einem der Ansprüche 33 bis 38, wobei die resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur Beliebige aus einer Diode, einem Transistor, einem Detektor, einem integrierten Schaltkreis, einem Widerstand und einer Kapazität umfasst.
  40. Verfahren zur Anfertigung einer elektronischen oder optoelektronischen Bauteilstruktur, das Verfahren umfassend: epitaktisches Wachsen einer oder mehrerer Schichten einer AlInGaN-Legierung an oder über einem gitterangepassten Substrat, um einen Halbleiterbauteilkomplex zu bilden; und Entfernen des Substrats von dem Halbleiterbauteilkomplex, um eine resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur zu bilden, wobei die resultierende elektronische oder optoelektronische Bauteilstruktur frei ist von dem Substrat, auf welchem sie gewachsen wurde.
  41. Verfahren gemäß Anspruch 40, wobei das gitterangepasste Substrat GaN umfasst.
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