DE102011113775A1 - Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (12) angegeben, bei dem eine Transferschicht (2), die InxGa1-xN mit 0 < x < 1 enthält, auf ein Aufwachssubstrat (1) aufgewachsen wird. Nachfolgend werden Ionen (3) in die Transferschicht (2) zur Ausbildung einer Trennzone (4) implantiert, ein Trägersubstrat (5) aufgebracht, und die Transferschicht (2) durch eine Temperaturbehandlung zertrennt. Es wird eine weitere Transferschicht (7), die InyGa1-yN mit 0 < y ≤ 1 und y > x enthält, auf die zuvor aufgewachsene Transferschicht (2) aufgewachsen, Ionen in die weitere Transferschicht (7) zur Ausbildung einer Trennzone (4) implantiert, ein weiteres Trägersubstrat (8) aufgebracht, und die weitere Transferschicht (7) durch eine Temperaturbehandlung zertrennt. Nachfolgend wird eine Halbleiterschichtenfolge (9), die eine aktive Schicht (10) enthält, auf die vom weiteren Trägersubstrat (8) abgewandte Oberfläche der weiteren Transferschicht (7) aufgewachsen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements. Das optoelektronische Bauelement kann insbesondere ein lichtemittierendes optoelektronisches Bauelement wie beispielsweise eine LED oder ein Halbleiterlaser sein.
  • Zur Realisierung von optoelektronischen Bauelementen mit einer Emissionswellenlänge von mehr als 360 nm werden häufig Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialien eingesetzt, die Indium enthalten. Die elektronische Bandlücke des Nitrid-Verbindungshalbleitermaterials kann insbesondere durch den Indium-Gehalt eingestellt werden. Beispielsweise kann im Materialsystem InxGa1-xN je nach Indium-Gehalt x eine Bandlücke zwischen etwa 3,4 eV (GaN) und etwa 0,7 eV (InN) eingestellt werden.
  • Die Herstellung von Nitrid-Verbindungshalbleiterschichten mit einem vergleichsweise hohen Indium-Gehalt wird allerdings dadurch erschwert, dass sich die Gitterkonstante des Nitrid-Verbindungshalbleitermaterials mit zunehmendem Indium-Gehalt erhöht. Dies bewirkt eine Gitter-Fehlanpassung zu den in der Regel zum epitaktischen Aufwachsen von Nitrid-Verbindungshalbleiterschichten verwendeten Aufwachssubstraten wie beispielsweise Saphir oder GaN. In der Regel werden auf das Aufwachssubstrat zunächst eine oder mehrere Pufferschichten, beispielsweise aus GaN, aufgewachsen, bevor eine Indium-enthaltende Schicht, insbesondere die aktive Schicht des optoelektronischen Bauelements, aufgewachsen wird.
  • Durch das Aufwachsen einer Indium enthaltenden Schicht auf ein Aufwachssubstrat oder eine GaN-Halbleiterschicht werden aufgrund der verschiedenen Gitterkonstanten vergleichsweise große kompressive Spannungen in der Indium enthaltenden Halbleiterschicht erzeugt. Diese kann zu Störungen in der Kristallstruktur führen, welche die Effizienz des optoelektronischen Bauelements vermindern.
  • Aus der Druckschrift US 5,374,564 A ist ein Verfahren zum Zertrennen einer Halbleiterschicht in lateraler Richtung bekannt, bei dem Ionen in die Halbleiterschicht implantiert werden und nachfolgend eine Temperaturbehandlung durchgeführt wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements anzugeben, dass die Herstellung einer aktiven Schicht, die InGaN enthält, mit verminderten Verspannungen und verbesserter Kristallqualität ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements wird zunächst ein Aufwachssubstrat bereitgestellt. Das Aufwachssubstrat ist ein zum epitaktischen Aufwachsen eines Nitrid-Verbindungshalbleitermaterials geeignetes Substrat, vorzugsweise ein Saphirsubstrat, ein GaN-Substrat oder ein SiC-Substrat. Auf das Aufwachssubstrat wird eine Transferschicht, die mindestens eine Halbleiterschicht aus InxGa1-xN mit 0 < x < 1 enthält, epitaktisch aufgewachsen. Dies aus einer Halbleiterschicht oder aus mehreren Teilschichten bestehende Transferschicht wird als Transferschicht bezeichnet, da sie in einem späteren Verfahrensschritt zumindest teilweise von dem Aufwachssubstrat getrennt und auf einen vom Aufwachssubstrat verschiedenen Träger transferiert wird.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt werden Ionen in die Transferschicht implantiert, um eine Trennzone in der Transferschicht auszubilden. Bei den Ionen handelt es sich vorzugsweise um Wasserstoffionen. Alternativ kann es sich bei den Ionen um Ionen von Edelgasen wie beispielsweise Helium, Neon, Krypton oder Xenon handeln.
  • Gemäß einer Ausgestaltung wird in einem weiteren Verfahrensschritt ein Trägersubstrat auf eine dem Aufwachssubstrat gegenüberliegende Oberfläche der Transferschicht aufgebracht. Das Trägersubstrat wird beispielsweise mittels Löten oder Bonden mit der Transferschicht verbunden. Das Trägersubstrat muss im Gegensatz zum Aufwachssubstrat vorteilhaft nicht zum epitaktischen Aufwachsen eines Nitrid-Verbindungshalbleitermaterials geeignet sein, so dass für das Trägersubstrat eine große Freiheit bei der Materialauswahl besteht. Insbesondere kann ein Trägersubstrat ausgewählt werden, dass sich durch vergleichsweise geringe Kosten und/oder eine gute Wärmeleitfähigkeit auszeichnet. Beispielsweise kann das Trägersubstrat ein Halbleitermaterial, ein Metall, eine Metalllegierung oder eine Keramik aufweisen. Insbesondere kann das Trägersubstrat Ge, GaAs, AlN, Mo, Au oder eine Legierung mit Mo oder Au aufweisen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung wird in einem weiteren Verfahrensschritt die Transferschicht entlang der Trennzone mittels einer Temperaturbehandlung in lateraler Richtung zertrennt. Bei der Temperaturbehandlung wird die Transferschicht beispielsweise auf eine Temperatur im Bereich von 300°C bis 900°C, bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich zwischen 300°C und 700°C, aufgeheizt. Das Aufheizen kann beispielsweise durch eine Erhöhung der Umgebungstemperatur, beispielsweise in einem Ofen, oder auch durch eine lokale Erwärmung durch elektromagnetische Strahlung, zum Beispiel Laser- oder Mikrowellenstrahlung, bewirkt werden.
  • Bei der Temperaturbehandlung diffundieren die implantierten Ionen in der Trennzone und erzeugen Bläschen (sogenannte Blister). Die Ausbreitung der Bläschen in der Trennzone führt schließlich zum Zertrennen der Transferschicht in einen ersten Teil, der auf dem Aufwachssubstrat angeordnet ist, und einen zweiten Teil, der auf dem Trägersubstrat angeordnet ist.
  • Der nach dem Zertrennen auf dem Aufwachssubstrat angeordnete erste Teil der Transferschicht wird vorzugsweise nachträglich vom Aufwachssubstrat entfernt, beispielsweise mittels eines Ätz- oder Polierprozesses, um das Aufwachssubstrat für das epitaktische Aufwachsen weiterer Halbleiterschichten wieder verwenden zu können. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein vergleichsweise teures Aufwachssubstrat wie beispielsweise GaN oder Saphir verwendet wird.
  • Ein zweiter Teil der Transferschicht ist nach dem Zertrennen auf dem Trägersubstrat angeordnet. Auf die vom Trägersubstrat abgewandte Oberfläche der Transferschicht wird eine weitere Transferschicht aufgewachsen, die mindestens eine Halbleiterschicht aus InyGa1-yN mit 0 < y ≤ 1 enthält. Die weitere Transferschicht weist vorteilhaft einen größeren Indium-Anteil y als die zuvor aufgewachsene Transferschicht auf. Beispielsweise kann die zuerst auf das Aufwachssubstrat aufgewachsene Transferschicht In0,03Ga0,97N und die weitere Transferschicht In0,06Ga0,94N aufweisen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung werden in einem weiteren Verfahrensschritt Ionen in die weitere Transferschicht zur Ausbildung einer Trennzone implantiert. Nachfolgend wird ein weiteres Trägersubstrat auf die weitere Transferschicht aufgebracht, und die weitere Transferschicht nachfolgend entlang der Trennzone durch eine Temperaturbehandlung zertrennt. Die Verfahrensschritte der Implantationen von Ionen in die weitere Transferschicht, des Aufbringens eines weiteren Trägersubstrats auf die weitere Transferschicht, und des Zertrennens der weiteren Transferschicht entlang der Trennzone durch eine Temperaturbehandlung erfolgen gemäß den zuvor im Zusammenhang mit der auf das Aufwachssubstrat aufgewachsenen Transferschicht beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine Halbleiterschichtenfolge, die eine aktive Schicht enthält, auf die vom weiteren Trägersubstrat abgewandte Oberfläche der weiteren Transferschicht epitaktisch aufgewachsen. Das weitere Trägersubstrat mit der zuletzt aufgebrachten weiteren Transferschicht fungiert also als Quasi-Substrat zum Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge des optoelektronischen Bauelements, welche die aktive Schicht enthält.
  • Durch das Aufwachsen der Transferschicht mit dem Indium-Gehalt x auf das Aufwachssubstrat, das Transferieren der Transferschicht auf ein Trägersubstrat, das Aufwachsen einer weiteren Transferschicht mit einem größeren Indium-Gehalt y auf die Transferschicht und dem nachfolgenden Transferieren der weiteren Transferschicht auf ein weiteres Trägersubstrat wird vorteilhaft ein Quasi-Substrat zum Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge des optoelektronischen Bauelements geschaffen, das einen im Vergleich zum Aufwachssubstrat großen Indium-Gehalt und eine daraus resultierende vergleichsweise große Gitterkonstante aufweist. Das so erzeugte Quasi-Substrat ermöglicht das Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge, welche eine oder mehrere Schichten aus InGaN aufweist, mit geringen Schichtspannungen und hoher Kristallqualität. Insbesondere kann auf diese Weise eine aktive Schicht, die InGaN enthält, in hoher Schichtqualität aufgewachsen werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung werden die Verfahrensschritte des Aufwachsens der weiteren Transferschicht, der Implantation von Ionen in die weitere Transferschicht, des Aufbringens eines weiteren Trägersubstrats und des Zertrennens der weiteren Transferschicht einmal oder mehrmals wiederholt, wobei die jeweils mindestens eine Halbleiterschicht der weiteren Transferschicht einen größeren Indium-Anteil aufweist, als die mindestens eine Halbleiterschicht der jeweils zuvor aufgebrachten Transferschicht. Der Indium-Anteil in der mindestens einen Halbleiterschicht der weiteren Transferschicht wird also vorteilhaft bei jeder Wiederholung schrittweise erhöht.
  • Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass die beim Aufwachsen der Transferschicht auf das Aufwachssubstrat und/oder eine zuvor aufgewachsene Transferschicht entstehenden mechanischen Spannungen beim Zertrennen der Transferschicht und dem damit verbundenen Ablösen von der zum epitaktischen Aufwachsen genutzten Aufwachsoberfläche abgebaut werden. Durch eine Wiederholung oder sogar mehrfache Wiederholung dieser Verfahrensschritte kann erreicht werden, dass die zuletzt aufgebrachte Transferschicht einen vergleichsweise hohen Indium-Gehalt aufweist, wobei sie aber trotzdem nur geringe mechanische Spannungen und eine hohe Kristallqualität aufweist.
  • Sei einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Indium-Anteil y der mindestens einen Halbleiterschicht der weiteren Transferschicht um einen Wert zwischen einschließlich 0,02 und einschließlich 0,05, besonders bevorzugt um einen Wert zwischen einschließlich 0,03 und einschließlich 0,04, größer als der Indium-Anteil der mindestens einen Halbleiterschicht der zuvor aufgebrachten Transferschicht.
  • Die Erhöhung des Indium-Anteils erfolgt in diesem Fall vorteilhaft derart, dass beim Aufwachsen der weiteren Transferschicht nur eine geringe Gitterfehlanpassung zur vorhergehenden Transferschicht vorliegt, wobei andererseits aber die Erhöhung des Indium-Anteils ausreichend groß ist, dass mit einer nicht zu großen Anzahl von Wiederholungen ein Zielwert für den Indium-Anteil erreicht wird.
  • Die Anzahl der Wiederholungen beträgt bei einer bevorzugten Ausgestaltung mindestens zwei, besonders bevorzugt zwischen einschließlich zwei und einschließlich acht.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält die zuletzt aufgebrachte Transferschicht, auf die die Halbleiterschichtenfolge des optoelektronischen Bauelements aufgewachsen wird, InyGa1-yN mit y ≥ 0,1, bevorzugt y ≥ 0,2, besonders bevorzugt y ≥ 0,3. Das zuletzt verwendete Trägersubstrat mit der zuletzt aufgebrachten Transferschicht bildet so ein Quasisubstrat für die Halbleiterschichtenfolge des optoelektronischen Bauelements aus, das einen hohen Indium-Gehalt aufweist.
  • Das Verfahren ist insbesondere geeignet zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements, bei dem die aktive Schicht einen hohen Indium-Gehalt aufweist. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung enthält die aktive Schicht mindestens eine Schicht aus InzGa1-zN mit z ≥ 0,1. Bevorzugt ist z ≥ 0,2, besonders bevorzugt z ≥ 0,3. Die aktive Schicht kann zum Beispiel als pn-Übergang, als Doppelheterostruktur, als Einfach-Quantentopfstruktur oder Mehrfach-Quantentopfstruktur ausgebildet sein.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die aktive Schicht eine strahlungsemittierende Schicht, die zur Emission von Strahlung mit einer Wellenlänge von 450 nm oder mehr, besonders bevorzugt von 600 nm oder mehr, geeignet ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Transferschicht und/oder die mindestens eine weitere Transferschicht eine Dicke zwischen einschließlich 200 nm und einschließlich 2 μm auf. Dieser Dickenbereich ist vorteilhaft für die Verfahrensschritte der Ionenimplantation zur Ausbildung einer Trennzone und des Zertrennens der Transferschicht durch die Temperaturbehandlung.
  • Bei einer Ausgestaltung besteht die Transferschicht und/oder die mindestens eine weitere Transferschicht aus einer einzigen Halbleiterschicht. Die Transferschicht und/oder die mindestens eine weitere Transferschicht kann in diesem Fall vorteilhaft in einem einzigen Verfahrensschritt auf das Aufwachssubstrat und/oder die zuvor aufgebrachte Transferschicht aufgewachsen werden.
  • Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Transferschicht und/oder die mindestens eine weitere Transferschicht mehrere Teilschichten aufweist, die eine Übergitterstruktur ausbilden. Insbesondere kann die Transferschicht und/oder die mindestens eine weitere Transferschicht bei dieser Ausgestaltung ein Inx1Gal-x1N/Inx2Ga1-x2N-Übergitter mit x2 > x1 aufweisen. Durch die Ausbildung eines Übergitters können mechanische Spannungen, die beim Aufwachsen einer einzigen Transferschicht entstehen, vorteilhaft vermindert werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Aufwachssubstrat ein GaN-Substrat oder ein Saphir-Substrat. Diese vergleichsweise teuren Aufwachssubstrat können nach dem Ablösen von zumindest einem Teil der Transferschicht und/oder der weiteren Transferschicht vorteilhaft erneut zum Aufwachsen verwendet werden. Vorzugsweise wird ein nach dem Zertrennen der Transferschicht auf dem Aufwachssubstrat verbleibender Teil der Transferschicht mittels eines Ätz- oder Polierprozesses von dem Aufwachssubstrat entfernt, um dieses zum epitaktischen Aufwachsen weiterer Halbleiterschichten vorzubereiten.
  • Das Trägersubstrat und/oder das weitere Trägersubstrat weist bei dem Verfahren vorzugsweise Ge, GaAs, AlN, Mo, Au oder Legierungen mit Au oder Mo auf. Diese Materialien zeichnen sich insbesondere durch eine gute Wärmeleitfähigkeit und/oder elektrische Leitfähigkeit aus.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den 1 bis 13 näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 bis 12 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements anhand von Zwischenschritten, und
  • 13 eine schematische Darstellung eines Aufwachssubstrats mit der Transferschicht bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens.
  • Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
  • Bei dem in 1 dargestellten ersten Zwischenschritt des Verfahrens ist eine Transferschicht 2 auf ein Aufwachssubstrat 1 aufgewachsen worden. Das Aufwachsen der Transferschicht 2 erfolgt epitaktisch, beispielsweise mittels MOVPE (Metal Organic Vapour Phase Epitaxy). Bei dem Aufwachssubstrat 1 handelt es sich um ein zum epitaktischen Aufwachsen eines Nitrid-Verbindungshalbleiters geeignetes Aufwachssubstrat, vorzugsweise um ein Saphir-Substrat oder ein GaN-Substrat.
  • Die Transferschicht 2 ist eine Halbleiterschicht aus InxGa1-xN mit 0 < x < 1. Der Indium-Gehalt x der unmittelbar auf das Aufwachssubstrat aufgewachsenen Transferschicht 2 beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich 0,02 und 0,05, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 0,03 und einschließlich 0,04. Der Indium-Gehalt x der Transferschicht 2 ist in diesem Fall vergleichsweise niedrig, so dass die Transferschicht 2 nur eine geringe Gitterfehlanpassung zum Aufwachssubstrat 1 aufweist. Dies hat den Vorteil, dass mechanische Spannungen beim Aufwachsen der Transferschicht 2 gering sind, so dass die Transferschicht 2 mit einer hohen Schichtqualität aufgewachsen werden kann. Die Dicke der Transferschicht 2 beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich 200 nm und einschließlich 2 μm.
  • Bei dem in 2 dargestellten weiteren Zwischenschritt des Verfahrens werden, wie durch die Pfeile angedeutet, Wasserstoffionen 3 zur Ausbildung einer Trennzone 4 in die Transferschicht 2 implantiert. Alternativ zu Wasserstoffionen 3 können auch andere Ionen, beispielsweise Ionen von Edelgasen wie Helium, Neon, Krypton oder Xenon, in die Transferschicht 2 implantiert werden. Die Lage der Trennzone 4 in der Transferschicht 2 wird durch die Eindringtiefe der Ionen 3 in das Halbleitermaterial der Transferschicht 2 bestimmt, und kann somit durch die Energie der implantierten Ionen 3 gezielt eingestellt werden.
  • Bei dem in 3 dargestellten Zwischenschritt ist ein Trägersubstrat 5 auf eine dem Aufwachssubstrat 1 gegenüberliegende Oberfläche der Transferschicht 2 aufgebracht worden. Das Trägersubstrat 5 kann beispielsweise durch Löten oder Bonden mit der Transferschicht 2 verbunden werden. Bei dem Trägersubstrat kann es sich beispielsweise um ein Substrat aus Ge, GaAs, AlN, ein Metall wie beispielsweise Mo, Au oder Legierungen davon handeln. Das Trägersubstrat 5 muss insbesondere nicht zum epitaktischen Aufwachsen eines Nitrid-Verbindungshalbleitermaterials geeignet sein und kann daher vorteilhaft anhand anderer Kriterien, wie beispielsweise dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der Wärmeleitfähigkeit und/oder der elektrischen Leitfähigkeit ausgewählt werden. Insbesondere kann ein im Vergleich zu GaN oder Saphir vergleichsweise kostengünstiges Trägersubstrat 5 verwendet werden.
  • Nachfolgend wird, wie in 4 schematisch dargestellt, eine Temperaturbehandlung durchgeführt, bei der der Verbund aus dem Aufwachssubstrat 1, der Transferschicht 2 und dem Trägersubstrat 5 auf eine Temperatur zwischen etwa 300°C und 900°C, vorzugsweise zwischen einschließlich 300°C und einschließlich 700°C, aufgeheizt wird. Dabei bilden sich in der Trennzone 4, in die zuvor die Wasserstoffionen implantiert wurden, Bläschen 6 (so genannte Blister) aus, die sich mit zunehmender Dauer der Temperaturbehandlung in der Trennzone 4 ausbreiten.
  • Wie in 5 dargestellt, führt dies schließlich dazu, dass die Transferschicht 2 im Bereich der Trennzone 4 in lateraler Richtung zertrennt wird. Das Zertrennen der Transferschicht 2 entlang der Trennzone 4 kann durch eine mechanische Einwirkung unterstützt werden, in dem beispielsweise ein Drehmoment auf das Aufwachssubstrat 1 und/oder das Trägersubstrat 5 ausgeübt wird. Nach dem Zertrennen der Transferschicht 2 ist beispielsweise ein Teil der Transferschicht 2 auf dem Aufwachssubstrat 1 und ein weiterer Teil der Transferschicht 2 auf dem Trägersubstrat 5 angeordnet. Der auf dem Aufwachssubstrat 1 verbleibende Teil der Transferschicht 2 kann beispielsweise mit einem Ätz- oder Polierprozess von dem Aufwachssubstrat 1 entfernt werden, so dass dieses zum Aufwachsen weiterer Transferschichten wieder verwendet werden kann. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein hochwertiges Aufwachssubstrat 1 wie beispielsweise GaN oder Saphir verwendet wird.
  • Der auf dem Trägersubstrat 5 verbleibende Teil der Transferschicht 2 wird vorzugsweise mit einem Ätz- oder Polierverfahren geglättet, so dass der Verbund aus dem Trägersubstrat 5 und der darauf angeordneten Transferschicht 2 ein Quasi-Substrat zum Aufwachsen einer oder mehrerer weiterer Halbleiterschichten ausbildet. Der so erzeugte Verbund aus dem Trägersubstrat 5 und der vorzugsweise geglätteten Transferschicht 2 ist in 6 dargestellt. Es kann zusätzlich eine weitere Temperaturbehandlung erfolgen, um eine durch die vorherige Ionenimplantation bedingte eventuelle Schädigung der Kristallstruktur der Transferschicht 2 auszuheilen.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt wird, wie in 7 dargestellt, eine weitere Transferschicht 7 auf die vom Trägersubstrat 5 abgewandte Oberfläche der Transferschicht 2 aufgewachsen. Bei der weiteren Transferschicht 7 handelt es sich um eine Schicht aus InyGa1-yN, deren Indium-Gehalt y größer ist als der Indium-Gehalt der zuvor aufgebrachten Transferschicht 2. Bevorzugt ist der Indium-Gehalt y der weiteren Transferschicht 7 um einen Wert zwischen einschließlich 0,02 und einschließlich 0,05, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 0,03 und einschließlich 0,04, größer als der Indium-Gehalt der zuvor aufgebrachten Transferschicht 2. Die weitere Transferschicht 7 weist daher vorteilhaft nur eine vergleichsweise geringe Gitterfehlanpassung zu der zuvor aufgewachsenen Transferschicht 2 auf. Dies hat den Vorteil, dass die weitere Transferschicht 7 mit einer geringen Verspannung in vergleichsweise guter Schichtqualität auf die zuvor aufgebrachte Transferschicht 2 aufgewachsen werden kann.
  • Nachfolgend werden, wie in 8 dargestellt, Ionen 3, vorzugsweise Wasserstoffionen, zur Ausbildung einer Trennzone 4 in die weitere Transferschicht 7 implantiert.
  • Wie in 9 dargestellt, wird nachfolgend ein weiteres Trägersubstrat 8 auf die dem Trägersubstrat 5 gegenüberliegende Oberfläche der weiteren Transferschicht 7 aufgebracht. Nachfolgend wird eine Temperaturbehandlung durchgeführt, bei der die in die weitere Transferschicht 7 implantierten Ionen in der Trennzone 4 diffundieren und Bläschen 6 ausbilden.
  • Dies führt, wie in 10 dargestellt, zu einer Zertrennung der weiteren Transferschicht 7 entlang der Trennzone 4.
  • Der auf dem weiteren Trägersubstrat 8 verbleibende Teil der weiteren Transferschicht 7 kann nachfolgend beispielsweise mit einem Ätz- oder Polierverfahren geglättet werden, so dass der in 11 dargestellte Verbund aus dem weiteren Trägersubstrat 8 und der weiteren Transferschicht 7 ein Quasi-Substrat zum epitaktischen Aufwachsen einer oder mehrerer weiterer Halbleiterschichten ausbildet.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der in den 8 bis 11 dargestellten Verfahrensschritte entsprechen den zuvor im Zusammenhang mit den 2 bis 6 erläuterten Verfahrensschritten.
  • Die in den 7 bis 11 dargestellten Verfahrensschritte können nachfolgend einmal oder mehrmals wiederholt werden, wobei der Indium-Gehalt y der weiteren Transferschicht 7 bei jeder Wiederholung schrittweise erhöht wird. Vorzugsweise wird der Indium-Gehalt der weiteren Transferschicht 7 bei jeder Wiederholung um einen Wert zwischen einschließlich 0,02 und 0,05, bevorzugt zwischen einschließlich 0,03 und einschließlich 0,04, erhöht. Auf diese Weise kann vorteilhaft erreicht werden, dass das in 11 dargestellte Quasi-Substrat, das durch den Verbund aus dem zuletzt verwendeten Trägersubstrat 8 und der zuletzt aufgebrachten weiteren Transferschicht 7 gebildet wird, eine Aufwachsoberfläche zum Aufwachsen einer oder mehrerer weiterer Halbleiterschichten aufweist, die einen vergleichsweise großen Indium-Gehalt aufweist. Vorzugsweise beträgt der Indium-Gehalt y der weiteren Transferschicht 7 nach der zuletzt durchgeführten Wiederholung mindestens 0,1, bevorzugt mindestens 0,2 und besonders bevorzugt mindestens 0,3.
  • Auf die von dem weiteren Trägersubstrat 8 abgewandte Oberfläche der weiteren Transferschicht 7 wird nachfolgend, wie in 12 dargestellt, die Halbleiterschichtenfolge 9 eines optoelektronischen Bauelements 12 aufgewachsen. Die Halbleiterschichtenfolge 9 des optoelektronischen Bauelements 12 enthält insbesondere die aktive Schicht 10. Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge 9 eine oder mehrere weitere Halbleiterschichten 11 enthalten.
  • Die aktive Schicht 10 des optoelektronischen Bauelements 12 enthält bevorzugt mindestens eine Schicht aus InzGa1-zN mit z ≥ 0,1, bevorzugt z ≥ 0,2 und besonders bevorzugt z ≥ 0,3. Die aktive Schicht 10 mit diesem vergleichsweise großen Indium-Gehalt kann mit geringer Verspannung und in guter Kristallqualität auf die weitere Transferschicht 7 aufgewachsen werden, da auch die weitere Transferschicht 7 einen vergleichsweise großen Indium-Gehalt aufweist. Vorzugsweise ist der Indium-Gehalt in der aktiven Schicht 10 um nicht mehr als 0,05, bevorzugt um nicht mehr als 0,02 größer als der Indium-Gehalt in der weiteren Transferschicht 7. Besonders bevorzugt weisen die aktive Schicht 10 und die weitere Transferschicht 7 den gleichen Indium-Gehalt auf.
  • Die aktive Schicht 10 kann bei einer Ausgestaltung eine Einfach- oder Mehrfach-Quantentopfstruktur sein. Zur elektrischen Kontaktierung kann das optoelektronische Bauelement 12 mit elektrischen Kontakten 13, 14 versehen werden. Bei dem optoelektronischen Bauelement 12 kann es sich insbesondere um eine LED oder einen Halbleiterlaser handeln. Das optoelektronische Bauelement 12 ist vorzugsweise ein strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement, das eine Emissionswellenlänge von mehr als 450 nm, bevorzugt von mehr als 600 nm, aufweist. Derart große Emissionswellenlängen lassen sich in der auf einem Nitrid-Verbindungshalbleiter basierenden aktiven Schicht insbesondere durch den vergleichsweise hohen Indium-Gehalt realisieren.
  • In 13 ist beispielhaft der erste Verfahrensschritt bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens dargestellt, bei dem die Transferschicht 2 epitaktisch auf das Aufwachssubstrat 1 aufgewachsen wurde. Die Transferschicht 2 und/oder die weitere Transferschicht müssen bei dem Verfahren nicht notwendigerweise durch eine einzelne Halbleiterschicht gebildet sein. Vielmehr können die Transferschicht 2 und/oder die weitere Transferschicht mehrere Teilschichten umfassen. Insbesondere können die Transferschicht 2 und/oder die weitere Transferschicht als Übergitterstruktur 15 ausgestaltet sein. Die Transferschicht 2 weist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Übergitterstruktur 15 aus abwechselnden ersten Teilschichten 16 aus Inx1Ga1-x1N mit 0 < x1 < 1 und zweiten Teilschichten 17 aus Inx2Ga1-x2N 0 < x2 < 1 und x2 > x1 auf. Die weiteren Verfahrensschritte entsprechen dem im Zusammenhang mit den 1 bis 12 dargestellten Ausführungsbeispiel und werden daher nicht nochmals erläutert.
  • Wie die in 13 dargestellte Transferschicht 2 können auch die später aufgebrachten weiteren Transferschichten 7 als Übergitterstruktur 15 ausgebildet sein. Bei dieser Ausgestaltung werden vorzugsweise die Indium-Gehalte x1 und x2 bei jeder Wiederholung des Aufwachsens einer weiteren Transferschicht 7 um einen Wert zwischen 0,02 und 0,05, bevorzugt zwischen 0,03 und 0,04, erhöht. Durch die Ausgestaltung der Transferschicht 2 und/oder der weiteren Transferschicht 7 als Übergitterstruktur 15 können Verspannungen in dem Halbleitermaterial weiter vermindert werden.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
  • 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 5374564 A [0005]

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (12), umfassend die Schritte: a) epitaktisches Aufwachsen einer Transferschicht (2), die mindestens eine Halbleiterschicht aus InxGa1-xN mit 0 < x < 1 enthält, auf ein Aufwachssubstrat (1), b) Implantation von Ionen (3) in die Transferschicht (2) zur Ausbildung einer Trennzone (4), c) Aufbringen eines Trägersubstrats (5) auf eine dem Aufwachssubstrat (1) gegenüberliegende Oberfläche der Transferschicht (2), d) Zertrennen der Transferschicht (2) in lateraler Richtung entlang der Trennzone (4) durch eine Temperaturbehandlung, e) Aufwachsen einer weiteren Transferschicht (7), die mindestens eine Halbleiterschicht aus InyGa1-yN mit 0 < y ≤ 1 enthält, auf eine vom Trägersubstrat (5) abgewandte Oberfläche der zuvor aufgewachsenen Transferschicht (2), wobei die mindestens eine Halbleiterschicht der weiteren Transferschicht (7) einen größeren Indiumanteil y als die mindestens eine Halbleiterschicht der zuvor aufgewachsenen Transferschicht (2) aufweist, f) Implantation von Ionen (3) in die weitere Transferschicht (7) zur Ausbildung einer Trennzone (4), g) Aufbringen eines weiteren Trägersubstrats (8) auf die weitere Transferschicht (7), h) Zertrennen der weiteren Transferschicht (7) in lateraler Richtung entlang der Trennzone (4) durch eine Temperaturbehandlung, und i) Epitaktisches Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge (9), die eine aktive Schicht (10) enthält, auf die vom weiteren Trägersubstrat (8) abgewandte Oberfläche der weiteren Transferschicht (7).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schritte e) bis h) einmal oder mehrmals wiederholt werden, wobei die mindestens eine Halbleiterschicht der weiteren Transferschicht (7) jeweils einen größeren Indiumanteil y aufweist, als die mindestens eine Halbleiterschicht der jeweils zuvor aufgebrachten Transferschicht (2, 7).
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Indiumanteil y der mindestens einen Halbleiterschicht der weiteren Transferschicht (7) jeweils um einen Wert zwischen 0,02 und 0,05 größer ist als der Indiumanteil der mindestens einen Halbleiterschicht der zuvor aufgebrachten Transferschicht (2, 7).
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Anzahl der Wiederholungen mindestens zwei beträgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Anzahl der Wiederholungen zwischen einschließlich zwei und einschließlich acht beträgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zuletzt aufgebrachte Transferschicht (7) InyGa1-yN mit y ≥ 0,1 aufweist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zuletzt aufgebrachte Transferschicht (7) InyGa1-yN mit y ≥ 0,3 aufweist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aktive Schicht (10) mindestens eine Schicht aus InZGa1-zN mit z ≥ 0,1 aufweist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aktive Schicht (10) mindestens eine Schicht aus InZGa1-zN mit z ≥ 0,3 aufweist.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aktive Schicht (10) zur Emission von Strahlung mit einer Wellenlänge von 450 nm oder mehr geeignet ist.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aktive Schicht (10) zur Emission von Strahlung mit einer Wellenlänge von 600 nm oder mehr geeignet ist.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Transferschicht (2) und/oder die mindestens eine weitere Transferschicht (7) eine Dicke zwischen einschließlich 200 nm und einschließlich 2 μm aufweist.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Transferschicht (2) und/oder die mindestens eine weitere Transferschicht (7) aus einer einzigen Halbleiterschicht besteht.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Transferschicht (2) und/oder die mindestens eine weitere Transferschicht (7) mehrere Teilschichten (16, 17) aufweist, die eine Übergitterstruktur (15) ausbilden.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trägersubstrat (5) und/oder das weitere Trägersubstrat (8) Ge, GaAs, AlN, Mo, Au oder eine Legierung mit Au oder Mo aufweist.
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