DE202009002734U1 - Nitridhalbleiterbauelement - Google Patents

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Abstract

Nitridhalbleiterscheibe mit einer prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht mit einer Dicke von 0,5 μm bis 10 μm.

Description

  • [Gebiet der Erfindung]
  • Diese Erfindung betrifft betrifft eine Nitridhalbleiterscheibe. Nitridhalbleiter der Gruppe 3, beispielsweise Galliumnitrid (GaN), Aluminiumnitrid (AlN) und desgleichen, besitzen eine breite Bandlücke und vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten für Licht emittierende Bauelemente und elektronische Bauelemente. In der Natur gibt es keine großen GaN-Einkristalle oder AlN-Einkristalle. Mittels Dampfphasenaufwachsverfahren können Nitridhalbleiter-Einkristalle hergestellt werden, indem Materialgase auf ein Trägersubstrat, das aus einem anderen Material hergestellt ist, aufgebracht werden und Nitridhalbleiterkristallschichten auf dem Trägersubstrat in der Dampfphase synthetisiert werden. Mittels eines Natriumflussverfahrens kann ein Nitridhalbleitereinkristall hergestellt werden, indem Stickstoffgas in einer Metallnatriumverbindung gelöst wird, die Gallium enthält, wodurch das Stickstoffgas veranlasst wird, mit Gallium zu reagieren und einen GaN-Kristall in der Flüssigphase zu synthetisieren. Mittels eines thermischen Ammoniakverfahrens können Nitridhalbleitereinkristalle erzeugt werden, indem NH3 mit Ga im superkritischen Zustand zur Reaktion gebracht wird und damit ein GaN-Kristall in der Flüssigphase synthetisiert wird.
  • Da keine großen einzelnen GaN- oder AlN-Scheiben in vergangenen Zeiten hergestellt werden, wurden Licht emittierende Bauelemente erzeugt, indem GaN, InGaN, AlGaN und andere Nitridschichten der Gruppe 3 auf Saphierscheiben als Trägersubstrate epitaktisch aufgewachsen werden. Sodann ermöglichen es Dampfphasenaufwachsverfahren oder Flüssigphasenaufwachsverfahren, breite einzelne GaN-Substratkristalle herzustellen. Gegenwärtig können einzelne GaN-Scheiben, AlN-Scheiben, AlGaN-Scheiben oder InGaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 1 inch (ungefähr 25 mm) oder 2 inch (ungefähr 50 mm) hergestellt werden.
  • Gewachsene Kristalle, die durch Dampfphasenaufwachsverfahren oder Flüssigphasenaufwachsverfahren hergestellt werden, besitzen raue Oberflächen und große Schwankungen in der Dicke. Durch Schleifen und Polieren der Oberflächen werden die geschnittenen Scheiben zu spiegelnden Scheiben gemacht. Halbleiterscheiben dienen einer Vielzahl von Halbleiterbauelementen als Substrate, auf denen die Halbleiterbauelemente hergestellt werden. Daher sollten die Oberflächen der Halbleiterscheiben flach, ohne Risse und verzerrungsfrei sein.
  • Wenn periphere Randbereiche der Scheiben zickzackförmig sind, besitzen die Scheiben die Neigung, aufzureißen, zu splittern oder zu brechen. Somit müssen periphere scharfkantige Ränder der Scheiben vermieden werden. Der Vorgang des Entfernen scharfer Ränder wird als „Randabschrägung” oder „Abfasung bzw. Abkantung” bezeichnet. Die Randabschrägung von Nitridhalbleitern, beispielsweise GaN, die spröde und zerbrechlich sind, erfordern ein überlegtes Vorgehen.
  • [Hintergrund der Erfindung]
  • Übliche Silizium-(Si)Scheiben oder Galliumarsenid-(GaAs)Scheiben sind hauptsächlich als kreisförmige Scheiben zur besseren Handhabung verfügbar. Galliumnitridscheiben oder andere Nitridscheiben werden ebenfalls hauptsächlich als kreisförmige Scheiben hergestellt. Die oberen Flächen von Halbleiterscheiben sollen poliert sein, um damit spiegelartige Scheiben zu erhalten. Abhängig von den Anwendungszwecken werden manchmal auch beide Oberflächen, d. h. die vordere Seite und die hintere Seite, zu einer spiegelartigen Oberfläche poliert oder manchmal wird nur die Vorderseite als Spiegelfläche ausgebildet.
  • Zusätzlich zum Schleifen und Polieren der Oberfläche werden auch die Ränder der Scheiben geschliffen oder poliert. Scheiben nach dem Schneiden besitzen ausgefranste Ränder, die ein Einreißen, Splittern oder ein Brechen der Scheiben hervorrufen könnten. Feine Frakturen könnten die oberen Flächen beschädigen oder kontaminieren. Um ein Einreißen oder Brechen der Scheiben zu verhindern, werden die Ränder der Scheiben geschliffen oder geschliffen/poliert. Zusätzlich zu den Rändern werden auch die Randaußenseiten (äußeren Seiten) manchmal geschliffen/poliert. Der Vorgang des Schleifens von Rändern (einschließlich der Randaußenseite und Randflächen) wird häufig als „Abfasung bzw. Abkantung” oder „Abschrägung” bezeichnet. „Abfasung bzw. Abkantung” und „Abschrägung” sind als Synonyme zu verstehen.
  • Siliziumscheiben werden ebenfalls abgeschrägt. Nitridscheiben, beispielsweise Si-Scheiben, GaN-Scheiben unterscheiden sich von üblichen Siliziumscheiben in der Steifigkeit, in der Spröde, der Festigkeit und den chemischen Eigenschaften. GaN-Kristalle oder andere Nitridkristalle sind härter und spröder als Silizium. Es ist unmöglich, Ebenen aus Nitrid der Gruppe III chemisch zu ätzen, beispielsweise die Ga-Ebene von GaN-Kristallen.
  • Die Si-Randabschrägungstechnologie kann nicht direkt auf die GaN-Randabschrägungstechnik oder andere Nitrid-Randabschrägungstechniken übertragen werden. Die Randabschrägungstechnologie, die für Siliziumscheiben ausgereift ist, ist für GaN-Scheiben und andere Nitridscheiben nicht anwendbar.
  • Unterschiedliche Arten an Halbleiterscheiben erfordern unterschiedliche Abschrägungstechniken. Unterschiedliche optimale Randabschrägungsverfahren, die für unterschiedliche Arten an Halbleiterscheiben geeignet sind, können durch Versuch und Irrtum ausgewählt werden.
  • Das Patentdokument (1), d. h., die japanische Offenlegungsschrift 2002-356398 „Gailiumnitrid-Scheibe”, beansprucht für sich, zum ersten Mal separate GaN-Substrate herzustellen, die es bislang nicht gab, mittels eines ELO-(epitaktisches laterales Überwachs-)Verfahrens, wobei die GaN-Substrate abgeschrägt werden und Orientierungsflachstellen (OF) an den GaN-Scheiben gebildet werden. Das ELO-Verfahren des Patentdokuments (1) verwendet (111) GaAs-Trägerscheiben. In diesem ELO-Verfahren wird eine SiO2-Maske mit wabenförmigen Muster unter Verteilung von Mikrofenstern auf der GaS-Scheibe abgeschieden, es wird eine GaN-Dünnschicht in horizontaler Richtung auf der Maske mittels HVPE (Hydriddampfphasenepitaxie) aufgebracht. Es werden Fehlstellen verringert, GaN-Schichten auf der Maske zusammengeführt und es wird GaN entlang der c-Achse aufgewachsen.
  • Das HVPE-Verfahren ergibt mehr als 100 μm dicke GaN-Kristalle, vermeidet das GaAs-Trägersubstrat und stellt ein einzelnes GaN-Substrat bereit. Ein so hergestelltes GaN-Substrat besitzt nahezu eine quadratische Form. Eine kreisförmige Scheibe wurde durch Schleifen des quadratischen gewachsenen GaN-Substrats in eine kreisförmige Scheibe erhalten. Zur Unterscheidung von Orientierungen und der vorderen Fläche/hinteren Fläche wurde die Scheibe mit einer OF (Orientierungsflachstelle) und einer IF (Identifizierungsflachstelle) entsprechend einer (1-100) Ebenenseite oder einer (2-1-10) Ebenenseite versehen.
  • Das Patentdokument (1) der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2002-356398 „Galliumnitridscheibe” offenbart Verfahren zur Randabschrägung einer GaN-Scheibe zum Erhalten einer geneigten Kante mit einem Neigungswinkel von 5 Grad bis 30 Grad, oder einer gerundeten Kante mit einem Radius von 0,1 mm bis 0,5 mm. In dem zuerst genannten Falle wird ein kreisförmiger konisch geformter Schleifstein in Drehung versetzt, wobei der Schleifstein mit einem Rand einer GaN-Scheibe an der Außenseite in Kontakt gebracht wird und wobei der Scheibenrand in einer Schräge in einem Winkel von 5 Grad bis 30 Grad geschliffen wird. Der konische Schleifstein ist ein Harzverbundschleifstein, wobei stationäre Schleifpartikel mittels eines Harzes an der Oberfläche des Trägermaterials fixiert sind.
  • In dem zuletzt genannten Falle wird ein rollenförmiger Schleifstein mit einem inneren halbkreisförmigen Querschnitt mit einem Radius von 0,1 mm bis 0,5 mm in Drehung versetzt, wobei ein Rand einer GaN-Scheibe mit dem Schleifstein an einer Außenfläche in Kontakt gebracht wird und wobei der Rand in einen abgerundeten Querschnitt geschliffen wird. Es zeigt sich jedoch, dass die Randabschrägung durch den Harzverbundschleifstein dazu führte, dass Brüche oder Risse in GaN-Scheiben auftraten. „Harzverbund oder Harzbindematerial” bedeutet, dass ein Harz stationäre Schleifteilchen an der Oberfläche eines Trägermaterials bindet.
  • (2) Die japanische Offenlegungsschrift 2005-136167 (Anmeldenr. 2003-370430 ) „Verfahren zur Herstellung einer Nitridhalbleiterscheibe und Nitridhalbleiterscheibe”, verweist auf ein Problem, das GaN-Scheiben, die durch Aufwachsen eines dicken GaN-Kristalls auf einem anderen Materialträger, durch Entfernen des Materialträgers und durch Erzeugen eines separaten GaN-Kristalls hergestellt werden, eine starke Verformung aufweisen, die durch große Unterschiede der thermischen Ausdehnung und der Gitterkonstante zwischen dem Trägermaterial und dem GaN hervorgerufen werden. Das Dokument (2) verweist dazu daraufhin, dass die Verformung eine Höhendifferenz zwischen der Mitte und dem Rand von ±40 μm bis ±100 μm erreicht.
  • Das Polieren einer Scheibe führt zu einer Prozess hervorgerufenen Beeinträchtigung auf der Oberfläche der Scheibe. Das Patendokument (2) weist darauf hin, dass die Prozess hervorgerufene beeinträchtigte Schicht, die durch das Polieren erzeugt wird, die polierte Oberfläche ausdehnt. Das Patentdokument (2) offenbart, dass die Verformung der Nitridscheiben durch diese Funktion der Ausdehnung reduziert werden kann. Das Dokument (2) gibt an, dass Dünnen der Prozess hervorgerufenen beeinträchtigten Schicht durch Ätzen die Ausdehnungskraft verringert. Ferner erläutert das Dokument (2), dass das Kombinieren von Polieren und Ätzen auf der Vorderseite und der Rückseite die Verformung von Nitridscheiben verringern würde.
  • Wenn eine untere Fläche (Nitridebene; N-Ebene) konkav deformiert ist, wird durch das Unterseitenpolieren eine Ausdehnung der unteren Fläche erreicht, indem eine durch Prozess hervorgerufene beeinträchtigte Schicht an der Unterseite erzeugt wird. Die untere Fläche wird konvex verformt. Die Richtung der Verformung ist umgekehrt. Die umgekehrte Verformung sollte unterdrückt werden. Daher wird die Prozess hervorgerufene beeinträchtigte Schicht durch Ätzen gedünnt. Die Ausdehnungsverspannung an der Unterseite wird beim Dünnen der unteren Prozess hervorgerufenen beeinträchtigten Schicht verringert. Die Verformung nimmt ab.
  • Das Dokument (2) gibt an, dass die obere Fläche (Ga-Ebene) hart, starr und nur schwer zu polieren ist. Das Ätzen der oberen Fläche war ebenfalls schwierig. Das Dokument (2) lehrt, dass ein Trockenätzprozess mittels Chloridplasma auf die obere Fläche (Ga-Ebene) anwendbar war. Das Schleifen und das Polieren einer GaN-Scheibe führte zu einer 10 μm dicken Prozess hervorgerufenen beeinträchtigten Schicht auf einer oberen Fläche und führte zu einer 50 μm dicken Prozess hervorgerufenen beeinträchtigten Schicht auf einer Rückseitenfläche. Das Dokument (2) gibt an, dass die Verformung verringert werden könnte, indem die Dicke der unteren Prozess induzierten beeinträchtigten Schicht innerhalb eines geeigneten Bereichs durch Polieren und Ätzen eingestellt wird.
  • Die Ausführungsform 1 des Dokuments (2) beschreibt eine 5 μm GaN-Scheibe mit einer konkaven Oberseite, die weniger Verformung aufwies, indem eine GaN-Scheibe mittels Schneiden mit einer oberen konkaven Verformung von 50 μm erzeugt wurde, die obere Fläche zum Invertieren der Verformung in eine 30 μm obere konvexe Verformung geschliffen wurde, die Oberseite zum Verringern der Verformung in eine 20 μm obere konkave Verformung trockengeätzt wurde, die Unterseite geschliffen wurde und die Unterseite schließlich geätzt wurde. Das Dokument (2) gibt an, dass eine geeignete Serie aus Schleif- und Ätzvorgängen schließlich zu einer Verringerung der Verformung der GaN-Scheiben innerhalb eines Bereiches von +30 μm bis –20 μm für einen Durchmesser von 2 inch (50 mm) führt.
  • Ein Pluszeichen gibt eine konvexe Verformung auf der Oberseite an, ein Minuszeichen bezeichnet eine konkave Verformung der Oberseite. Das Dokument (2) gibt an, dass die Verformung von GaN-Scheiben im Bereich von 30 μm konvexer Oberseitenverformung bis 20 μm konkaver Oberseitenverformung verringert werden kann.
  • (3) Die japanische Patentoffenlegungsschrift 2004-319951 (Anmelde-Nr. 2003-275935 ), „Randpolierte Nitridhalbleiterscheibe, randpolierte einzelne GaN-Substratscheibe und Verfahren zum Bearbeiten einer randpolierten Nitridhalbleiterscheibe”, gibt an, dass eine Randabschrägung einer GaN-Scheibe mittels eines Harzverbunddiamantschleifsteines, der in Kontakt mit einem Rand der GaN-Scheibe ist, zu Rissen oder Brüchen von Scheiben führte, da GaN spröde und hart ist. Das Dokument (3) verneint die Möglichkeit einer Randabschrägung durch einen Harzverbundschleifstein.
  • Das Dokument (3) schlägt ein Schleifbandrandabschrägungsverfahren vor, in dem ein Schleifband mit einem Band mit stationären Schleifteilchen vorbereitet wird, ein Rand in Umfangsrichtung an der Innenseite mit dem Schleifband in Kontakt gebracht wird, die Scheibe in Drehung versetzt wird und der Rand durch das Schleifband abgeschrägt wird. Das Schleifband rollt zwischen zwei Rollen ab, um damit einen neuen Teil der Schleibandoberfläche freizulegen. Wenn die stationären Schleifteilchen verbraucht sind, wird der in Kontakt befindliche Teil erneuert, indem der Rand mit einem neuen Teil des Schleifbandes in Kontakt gebracht wird, um die gleichen Bedingungen für das Schleifen beizubehalten. Da der Rand auf der Innenseite in Kontakt mit dem Schleifband ist, ist der Kontaktandruck gering und es wirkt keine Stoßbelastung auf den Rand. Das Dokument (3) gibt an, dass das Schleifband angeblich die Ausbeute wesentlich höher macht als der Harzverbundschleifstein mit außenseitigem Kontakt.
  • 11 ist eine perspektivische Ansicht der Schleifbandrandabschrägung, die zuerst in dem Dokument (3) ( japanische Offenlegungsschrift 2004-319951 ) vorgeschlagen wird. 12 ist eine vergrößerte Ansicht eines Randes einer Scheibe und eines in Kontakt befindlichen Schleifbandes.
  • Eine Scheibe W ist an einer stationären Scheibe (in der Figuren nicht gezeigt) durch Vakuumansaugung befestigt. Ein Rand E der Scheibe G ist mit dem Schleifband T an der Innen seite in Kontakt. Ein zentraler Winkel des in Kontakt befindlichen Teils beträgt 40 bis 90 Grad. Das Dokument (3) gibt an, dass ein weicher Kontakt des Bandes mit dem elastischen Schleifband verhindern kann, dass der Rand einreist und bricht.
  • [Stand der Technik]
  • [Patentdokumente]
    • Dokument (1) = japanische Patentoffenlegungsschrift 2002-356398 , „Galliumnitridscheibe”, (Anmelde-Nr. 2001-166904 ).
    • Dokument (2) = japanische Patentoffenlegungsschrift 2005-136167 , „Verfahren zum Erzeugen von Nitridhalbleiterscheiben und eine Nitridhalbleiterscheibe”. (Anmelde-N r. 2003-370430 ).
    • Dokument (3) = japanische Patentoffenlegungsschrift 2004-319951 , „Randpolierte Nitridhalbleiterscheibe und Verfahren zum Bearbeiten einer randpolierten GaN-Einzelscheibe und Verfahren zur Randabschrägung einer Nitridhalbleiterscheibe” (Anmelde-Nr. 2003-275935 ).
  • [Überblick über die Erfindung]
  • [zu lösende Aufgabe]
  • Jüngste Entwicklungen machen Dampfphasenaufwachsverfahren und Flüssigphasenaufwachsverfahren möglich, um einzelne Nitridhalbleiterkristalle zu erzeugen. Es ist jedoch in dem Flüssigphasenverfahren schwierig, einen großen Nitridkristall herzustellen. Große separate Nitridhalbleiterscheiben nach dem Schneiden können hergestellt werden, indem ein dicker GaN-Kristall auf einem großen Trägermaterial aufgewachsen wird, der GaN-Kristall mittels einer Drahtsäge geschnitten wird und der GaN-Kristall von dem Trägersubstrat getrennt wird. Durch eine Serie aus Unterseitenschleifen, Randabschrägung und Schleifen/Polieren der Oberseite werden die Nitridscheiben nach dem Schneiden in Nitridhalbleiterspiegelscheiben umgewandelt.
  • Das Schleifen verursacht eine dicke (10 μm bis 50 μm) prozesserzeugte beeinträchtigte Schicht auf dem Teil, der mit einem Schleifstein in Kontakt ist. Das Rückseitenschleifen (Oberflächenschleifen) verursacht eine prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht auf der unteren Oberfläche bzw. auf der Rückseite. Die Randabschrägung (Randschleifen) erzeugt eine prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht an dem Rand. Das Vorderseitenschleifen (Oberflächenschleifen) ruft eine weitere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht auf der Oberseite hervor. Die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht ist eine Oberflächenschicht mit einer Unregelmäßigkeit in der Gitterstruktur. Es sind eine Vielzahl von Dislokationen in der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht enthalten. Die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht bedeutet nicht, dass Verunreinigungen mit eingeschlossen sind. Es ist nicht wünschenswert für spiegelartige Scheiben, die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht an der Vorderseite oder der Rückseite beizubehalten. Die prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schichten an der Vorderseite und der Rückseite sollten durch Ätzen entfernt werden. Anstatt an den Vorderseiten oder den Rückseiten wird in der vorliegenden Erfindung dem Randabschleifen entlang dem Umfang (Randabschrägung/Abfasung) große Beachtung gewidmet. Die Randabschrägung der üblichen Halbleiterscheiben, etwa von Siliziumscheiben, GaAs-Scheiben, findet unter Anwendung von Harzverbundschleifsteinen, Metallverbundschleifsteinen statt, in denen Diamantteilchen mit einem Harz oder einem Metall an dem Grundmaterial angebracht sind. Die üblichen Harzverbundschleifsteine und Metallverbundschleifsteine sind spitz, hart und strapazierfähig. Die Zeitdauer für die Randabschrägung ist kurz. Jedoch führen die meisten der üblichen Harzverbundschleifsteine oder Metallverbundschleifsteine bei der GaN-Randabschrägung mit hoher Wahrscheinlichkeit zu Brüchen oder Rissen in den GaN-Scheiben, es werden dicke prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schichten erzeugt und es wird eine große Verformung hervorgerufen. GaN wird leicht durch Stoßbelastung geschädigt, auf Grund der hohen Steifigkeit, der geringen Festigkeit und der hohen Zerbrechlichkeit. Die große Wahrscheinlichkeit für die Ausbildung von Rissen rührt aus der Tatsache her, dass Harzverbundschleifsteine oder Metallverbundschleifsteine Schleifteilchen besitzen, die starr mit den Trägermaterialien verbunden sind und die Verbundmaterialien können die Stoßbelastungen nicht absorbieren, die auf die zerbrechlichen Scheibenränder mittels der Schleifteilchen übertragen werden. Häufig treten Risse und Brüche bei GaN-Scheiben bei der Randabschrägung mit Metallverbundschleifsteinen oder Harzverbundschleifsteinen auf. Selbst wenn kein Bruch oder kein Riss auftritt, werden 20 μm bis 50 μm dicke prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schichten M hervorgerufen und es wird eine große Verfor mung durch die Randabschrägung mit Metallverbundschleifsteinen oder Harzverbundschleifsteinen hervorgerufen. Manchmal ist der Verformungskrümmungsradius kleiner als ein Meter. Die üblichen Harzverbundschleifsteine oder Metallverbundschleifsteine sind auf die Randabschrägung äußerst starrer und sehr zerbrechlicher GaN-Scheiben nicht anwendbar.
  • Es ist eine, eine Nitridscheibe mit einer hohen Bauteilproduktionsausbeute bereitzustellen. Äußere Bereiche der Vorderseite und der Rückseite werden als „periphere Bereiche bzw. Ränder” in der vorliegenden Beschreibung bezeichnet. Die kreisförmige Seite, die senkrecht zur Oberseite/Unterseite bzw. Vorderseite bzw. Rückseite ist, wird als eine „Umfangsaußenseite bzw. Außenseite” bezeichnet. Ein kreuzender Kreis zwischen der Vorderseite/Rückseite und der Umfangsaußenseite wird als eine „Kante” bezeichnet. Die Gesamtheit aus dem peripheren Bereich, einer Kante und Umfangsaußenseite wird als ein „Rand” bezeichnet.
  • Eine Nitridhalbleiterscheibe der vorliegenden Erfindung wird hergestellt durch Schleifen und Ätzen einer unteren Oberfläche bzw. Rückseite eines gewachsenen Nitridsubstrats, durch Randabschrägung der Scheibe mittels eines Schleifsteines, der mit Diamantschleifteilchen oder Diamant/Oxid-Schleifteilchen mittels eines weichen Bindematerials verbunden ist, indem eine prozesshervorgerufene beeinträchtigte Randschicht mit einer Dicke von 0,5 μm bis 10 μm und insbesondere mit einer Dicke von 1 μm bis 3 μm erzeugt, und indem eine obere Oberfläche bzw. eine Vorderseite geschliffen, poliert und geätzt wird. Das weiche Bindematerial bedeutet Gummi oder aufgeschäumter Harz bzw. Harze mit Bläschen. Die Größe von Diamantschleifteilchen beträgt # 3000 bis # 600. Ein Hinzumischen von Oxidteilchen zu den Diamantteilchen ermöglicht, dass der Schleifstein Scheiben durch mechanische Einwirkung von Diamant und chemischer Einwirkung von Oxiden am Rand abschrägt. Das Zusammenwirken der mechanischen Wirkung des Diamants und der chemischen Wirkung des Oxids wird als „mechanochemische Wirkung” bezeichnet. Geeignete Oxidkörnchen für randabschrägenden Schleifsteine sind Fe2O3, CuO, MnO2, Cr2O3, ZnO und dergleichen. Die Schleifsteine sind mit einer Elastizität versehen. Manchmal ist eine längere Zeitdauer erforderlich, um mittels elastischer Schleifsteine Nitridscheiben in der vorliegenden Erfindung an ihrem Rand abzuschrägen.
  • Nitridscheiben werden am Rand abgeschrägt mittels eines Schleifsteines mit weichem Verbundmaterial bzw. Bindematerial, der ein Grundmaterial aufweist, das mit feinen Diamantkörnchen und Oxidkörnchen versehen ist. Die Randabschrägung mittels des weichen Schleifsteines verhindert Stoßbelastungen, die auf den Rand der Scheiben einwirken, verhindert, dass die Scheibe bricht und einreißt, verringert die Dicke einer prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht und verringert Verformungen. Die vorliegende Erfindung verwendet Gummiverbundschleifsteine oder geschäumte Harzverbundschleifsteine zum Abschrägen von Rändern, um damit die mechanische Stoßwirkung für den Randbereich zu verringern. Die Randabschrägung führt zu einer prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht M ist ein Maß für die Stoßwirkung, die auf die Ränder der Scheiben während der Randabschrägung einwirkt. Größere Diamantkörnchen und härtere Bindematerialien führen zu größeren Stoßbelastungen auf die Ränder. In diesem Falle zeigt eine nach der Randabschrägung durchgeführt Besichtigung der Ränder eine dicke prozesshervorgerufene beeinträchtigte Randschicht. Feinere Diamantkörnchen und weichere Bindematerialien führen zu geringeren Stoßeinwirkungen auf die Ränder. Im zuletzt genannten Falle zeigt eine Besichtigung nach der Randabschrägung eine dünne prozesshervorgerufene beeinträchtigte Randschicht.
  • Scheiben, die eine Randabschrägung mittels harter Schleifsteine mit einem Basismaterial aufweisen, auf dem großkörnige Diamantteilchen (geringe Körnungszahlen #) mittels Metallen oder harten Harzen aufgebracht sind, begünstigen eine große prozesshervorgerufene beeinträchtigte Randschicht mit einer Dicke d von 20 μm bis 50 μm. In diesem Falle führen übermäßige starke Stoßbelastungen zu Brüchen und Rissen in den Scheiben. Durch die vorliegende Erfindung gelingt es, das Auftreten von Brüchen und Rissen zu unterdrücken, indem die Scheiben mit elastischen, weichen Schleifsteinen vorsichtig abgeschrägt werden, wobei eine Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht im Bereich von 0,5 μm bis 10 μm bleibt. In der vorliegenden Erfindung werden Gummimaterialien oder geschäumte Harze oder Harze mit Bläschen als Bindematerialien eingesetzt, wobei feine Diamantkörnchen (mit einer großen Körnungszahl) eingesetzt werden und wobei Oxidkörnchen den Diamantkörnchen hinzugefügt werden, um weiche Schleifsteine zu erzeugen. Die Verwendung der weichen Schleifsteine ermöglicht es erfindungsgemäß, GaN-Scheiben abzuschrägen, ohne dass Risse, Brüche und Verformungen hervorgerufen werden. Das Abschrägen von GaN-Scheiben mit einem Schleifstein mit einer geeigneten Elastizität er gibt eine prozesshervorgerufene beeinträchtigte Randschicht mit einer Dicke von 0,5 μm bis 10 μm. Die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Randschicht im Bereich von d = 0,5 μm bis 10 μm vermeidet eine Verformung und erhöht die Bauteilausbeute.
  • 1 zeigt die Gesamtheit der planaren Verarbeitungsschritte beginnend mit einer separaten GaN-Scheibe nach deren Herstellung durch Wachstum. Eine gewachsene GaN-Scheibe wird so bearbeitet, wie dies in 1 gezeigt ist. Das Schleifen (A) der unteren bzw. hinteren Oberfläche (N-Ebene) auf der Rückseite wird vorgenommen, um die Dicke auf einen vorbestimmten Wert einzustellen. Das Rückseitenschleifen (A) führt zu einer prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht M mit einer relativ großen Dicke auf der Rückseite. Die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht ist eine Schicht mit einer deformierten Gitterstruktur. Es gibt eine Vielzahl von Dislokationen in der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht. Die CL (Kathodenlumineszenz) kann die hervorgerufene beeinträchtigte Schicht von anderen Gebieten unterscheiden. Mittels der CL-Beobachtung kann die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht gemessen werden. Die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht ist nicht eine Schicht, die Verunreinigungen aufweist. Da die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht eine Deformation der Gitterstruktur beinhaltet, ist es nicht wünschenswert, die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht auf der Rückseitenfläche beizubehalten. Die untere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht sollte entfernt werden. Die GaN-Scheibe wird nass geätzt (B) mittels einer heißen KOH-, NaOH- oder H3PO4-Lösung. Das Nassätzen (B) mittels einer heißen KOH-, NaOH- oder H3PO4-Lösung entfernt die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht von der Unterseite. Das Schleifen der Unterseite bzw. Rückseite kann durch ein Polieren der Unterseite ersetzt werden.
  • Der Rand der Scheibe wird geschliffen (abgeschrägt; C) mittels eines elastischen Schleifsteins mit einem Basismaterial, an welchem durch Gummi oder durch Bläschen enthaltendes Harz feine Diamantkörnchen oder Körnchen einer Diamant/Oxid-Mischung angebracht werden. Die Randabschleifung wird als „Abschrägung bzw. Abfasung” bezeichnet. Die Randabschrägung verhindert, dass die Scheibe Risse erhält oder bricht.
  • Die vorliegende Erfindung empfiehlt Gummischleifsteine für das Abschrägen von GaN-Scheiben. Der Gummischleifstein ist ein Schleifstein mit einem Basismaterial, an dem mit Gummi stationäre Schleifenkörnchen angebracht sind. Die Schleifkörnchen sind harte Körnchen, beispielsweise Diamantkörnchen. Da das Bindematerial Gummi ist, sollte der Schleifstein eigentlich genauer als „Gummiverbundschleifstein” oder „Gummiverbindungsschleifstein” bezeichnet werden. In dieser Beschreibung wird der Schleifstein zum Zwecke der Kürze einfach auch als „Gummischleifstein” bezeichnet. Dies bedeutet nicht, dass die Körnchen Gummikörnchen sind. Die vorliegende Erfindung lehrt zunächst die Verwendung von Gummischleifsteinen für das Abschrägen von GaN-Scheiben.
  • Nach der Abschrägung (C) wird die obere Fläche der Scheibe geschliffen (D) und poliert (E). Das Schleifen der Oberseite (D) führt zu einer 10 μm bis 50 μm dicken prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht M auf der vorderen Fläche. Das Oberseitenpolieren (E) führt zu einer weiteren 0,1 μm bis 20 μm dicken prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht (M) auf der Vorderseite. Scheiben für das epitaktische Aufwachsen erfordern glatte Oberflächen ohne prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schichten. Zum Zweck des Erzeugens einer glatten Oberfläche auf der Vorderseite wird diese auf der Scheibe nach dem Schleifen poliert. Das Schleifen (D) und das Polieren (E) Erzeugen die prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schichten auf der Vorderseite. Die Vorderseite wird trocken geätzt in der Dampfphase (F), bis die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht M an der Vorderseite vollständig entfernt ist. Das Bearbeiten der Scheibe umfasst: Das Schleifen der Rückseite (A), das Ätzen der Rückseite (B), die Randabschrägung (C), das Schleifen (D)/Polieren (E) der Vorderseite und die Dampfphasenätzung (F) der Vorderseite. Der wichtige Aspekte der vorliegenden Erfindung liegt nicht im Schleifen der Rückseite (A) oder im Schleifen (D)/Polieren (E) der Vorderseite. Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Verbesserung der Abschrägung (C).
  • Die erfindungsgemäße Nitridscheibe erhält durch Abschrägen einer Nitridscheibe beim Schleifen eines Randes der Nitridscheibe mittels eines weichen Schleifsteines mit Gummi oder bläschenenthaltendem Harz, wobei feine Diamantkörnchen oder Diamant/Oxidkörnchen anhaften und indem eine prozesshervorgerufene beeinträchtigte Randschicht mit 0,5 μm bis 10 μm Dicke und insbesondere mit einer Dicke von 1 μm bis 3 μm erzeugt wird. Die resultierende prozesshervorgerufene beeinträchtigte Randschicht mit einer Dicke von 0,5 μm bis 10 μm am Rand kann verhindern, dass die Scheibe Risse und eine Verformung erhält. In den folgenden Schritten kann die resultierende prozesshervorgerufene beeinträchtigte Randschicht mit 0,5 μm bis 10 μm verhindern, dass die Scheibe geschädigt wird und somit kann die Bauteilproduktionsausbeute erhöht werden.
  • Im Folgenden werden weitere Details einer Reihe aus Schritten für die Scheibenbearbeitung erläutert. Das Schleifen erzeugt eine prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht M mit einer gestörten Gitterstruktur auf einer geschliffenen Oberfläche einer Scheibe. Größere stationäre Körnchen des Schleifsteins und eine stärkere Belastung der Oberfläche fördern eine dickere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht M. Andererseits führen kleinere stationäre Körnchen und eine geringere Belastung der Oberfläche zu einer dünneren prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht M.
  • Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die planare Scheibenbearbeitung die Schritte: das Schleifen der Rückseite (A), das Ätzen der Rückseite (B), die Randabschrägung (C), das Schleifen der Vorderseite (D), das Polieren der Vorderseite (E) und das Ätzen der Vorderseite (F). Das Schleifen der Rückseite (A) führt zu einer dicken rückseitigen prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht M mit einer Dicke von 10 μm bis 50 μm, was von den Bedingungen des Schleifens abhängt. Es ist nicht wünschenswert, eine dicke prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht M auf der Rückseite zurückzulassen. Die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Rückseitenschicht wird durch Nassätzung der Scheibe in einer heißen KOH, NaOH oder H3PO4-Lösung entfernt.
  • In einer C-Ebenen-GaN-Scheibe unterscheidet sich eine N-Ebene (Stickstoff) von einer Ga-Ebene (Gallium). Eine untere Fläche (Stickstoffebene; N-Ebene; (000-1)) ist chemisch schwächer als eine obere Fläche (Gallium; Ga-Ebene; (0001)). Die untere Fläche der GaN-Scheibe kann durch eine der Lösungen mit KOH, NaOH und H3PO4 geätzt werden. Es können auch andere Säuren oder Gase verwendet werden, die in der Lage sind, die untere Fläche zu ätzen. Die obere Fläche (Ga-Ebene) ist chemisch wesentlich stärker als die untere Fläche (N-Ebene). Eine Lösung aus KOH, NaOH oder H3PO4 kann die untere Fläche der GaN-Scheibe nicht ätzen. Die obere und die untere Fläche erfordern unterschiedliche Ätzverfahren, um die prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schichten abzutragen.
  • Danach wird ein Rand der GaN-Scheibe geschliffen (Abschrägung C). Die GaN-Scheibe wird abgeschrägt, indem ein elastischer mit Gummi oder bläschenenthaltendem Harz zusammengehaltener Schleifstein, an dem Schleifkörnchen angebracht sind, in Drehung versetzt wird, der sich drehende Schleifstein mit dem Rand der Scheibe in Kontakt gebracht wird, die Scheibe in Drehung versetzt wird und der gesamte Rand geschliffen wird. Die sta tionären Körnchen des Schleifsteins sind feine Diamantkörnchen oder Körnchen einer Diamant/Oxid-Mischung. Die Körnung (#) der Diamantkörnchen, die in dem Schleifstein mittels Gummi oder dem mit Bläschen versehenen Harz gebunden sind, betragen # 600 (20 μm Durchmesser) bis # 3000 (4 μm Durchmesser). Die Körnungszahl ist ein Maß, das einen mittleren Durchmesser von Schleifkörnchen angibt. Eine größere Körnungszahl steht für kleinere Körnchen. Eine kleiner Körnungszahl gibt größere Körnchen an. Das Abschrägen ergibt einen stumpfen Rand und verursacht eine prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht am Rand. Die vorliegende Erfindung steuert eine Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht auf einen Bereich von 0,4 μm bis 10 μm und vorzugsweise auf einem Bereich von 1 μm bis 3 μm. Das Randabschrägen mittels eines harten Schleifsteins mit größeren Körnchen (kleinerer Körnung) bewirkt eine dicke prozesshervorgerufene beeinträchtigte Randschicht mit 20 μm bis 50 μm und bewirkt eine große Verformung und begünstigt manchmal die Rissbildung und das Brechen. Das Abschrägen mittels eines Schleifsteins mit feinen Diamantkörnchen kann eine Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht verringern. Jedoch ist eine Verringerung der Größe der Körnchen nicht ausreichend. Die vorliegende Erfindung schlägt das Hinzufügen von Oxidkörnchen zu dem Schleifstein vor, wodurch die starke mechanische Einwirkung der Diamantkörnchen verringert wird. Geeignete Oxide sind Fe2O3, Cr2O3, MnO2, CuO, ZnO, Fe3O4 und dergleichen, die chemisch instabile Oxide sind. Erfindungsgemäß wurde zunächst entdeckt, dass einige Arten von Metalloxidkörnchen eine chemische Fähigkeit besitzen, das Schleifen von Nitridscheiben zu vereinfachen. Die vorliegende Erfindung bezeichnet diese chemische Fähigkeit als „mechanochemische Wirkung”. Das Schleifen mittels eines Schleifsteins mit Diamant/Oxid-Körnchen wird als „mechanochemisches Schleifen” bezeichnet. Das Randabschleifen mittels eines Diamat/Oxid-Schleifsteins wird als „mechanochemische Abschrägung” bezeichnet.
  • Das mechanochemische Schleifen macht die Oberfläche von Nitridscheiben weicher und verringert die Schleiflast auf Grund der Oxidationsreaktion der Oxidkörnchen. Das mechanochemische Randabschrägen kann das Auftreten von prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schichten und von Rissen während des Abschrägens unterdrücken.
  • Es sind nicht alle Oxide gemäß der vorliegenden Erfindung anwendbar. Stabile Oxide sind ungeeignet. SiO2 und Al2O3 sind ungeeignet, da SiO2 und Al2O3 stabile Oxide sind und den mechanochemischen Effekt nicht zeigen. Das Hinzufügen von stabilen Oxidkörnchen kann die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht nicht unter 10 μm verringern. Das Bindematerial, das die Schleifkörnchen an einem Basismaterial festhält, ist weicher Gummi oder mit Bläschen versehenes Harz, das Elastizität aufweist. Im Gegensatz dazu kann einer Anordnung mit einer großen Körnung der Diamantkörnchen das Hinzufügen von Oxidkörnchen und ein elastisches Bindematerial ermöglichen, eine Randabschrägung durchzuführen, um damit die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Randschicht mit einer geringeren Dicke d bis 10 μm oder weniger zu erreichen (d ≤ 10 μm). Die vorliegende Erfindung beschreibt die Verwendung von Gummischleifsteinen oder Schleifsteinen mit bläschenenthaltendem Harz als Bindematerial für die Abschrägung der Nitridscheibe, wobei dies das erste Mal offenbart ist. Die vorliegende Erfindung lehrt die Verwendung der Schleifsteine mit Körnchen einer Diamantoxidmischung für die Randabschrägung der Nitridscheibe zum ersten Male.
  • Nach der Randabschrägung wird die obere bzw. vordere Fläche geschliffen. Es wird eine prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht an der oberen Fläche erzeugt. Da Bauelemente auf der oberen Fläche bzw. Vorderseite hergestellt werden, wird die Oberseite als spiegelglatte Oberfläche bereitgestellt. Die obere Fläche wird dann poliert. Das Polieren der Oberseite beinhaltet das grobe Polieren mittels großer freier Körnchen und das feine Polieren mit feinen freien Körnchen. Beispielsweise können freie Körnchen mit einem Durchmesser von 30 μm bis 3 μm für das grobe Polieren eingesetzt werden. Für das feine Polieren können freie Körnchen mit einem Durchmesser von 3 μm bis 0,1 μm verwendet werden. Das Polieren führt zu einer neuen prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht auf der Oberseite. Das Schleifen der Oberseite und das Polieren der Oberseite sind ebene Bearbeitungsschritte, die für gewöhnlich nacheinander ausgeführt werden, um die Produktivität zu steigern und die Qualität zu verbessern. Manchmal kann das Schleifen oder das Polieren aus Kostengründen weggelassen werden. Das Schleifen der Vorderseite wird mit Schleifsteinen mit stationären Körnchen von beispielsweise einer Körnung # 3000 bis # 8000 ausgeführt. Das Polieren der Vorderseite wird mit freien Körnchen mit einem Durchmesser von 30 μm bis 15 μm durchgeführt. Es ist möglich, das Polieren der Vorderseite zu ersetzen durch das Schleifen unter Anwendung eines Schleifsteines mit einer höheren Körnung, oder das Schleifen der Vorderseite zu ersetzen durch das Polieren unter Anwendung rauer Körnchen. In diesem Falle wird bei dem Schleifen der Vorderseite ein Schleifstein mit einer Körnung von # 3000 bis # 8000 verwendet und das Vorderseitenpolieren wird mit Schleifsteinkörnchen in einem Bereich von 30 μm bis 15 μm durchgeführt. In diesem Schritt gibt es prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schichten auf der Vorderseite und dem abgeschrägten Rand. Das Dampfphasenätzen der Vorderseite entfernt lediglich die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht auf der Vorderseite. Anstelle des Dampfphasenätzens kann chemisch-mechanisches Polieren (CMP) die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht auf der Vorderseite abtragen. Es verbleibt eine prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht mit einer Dicke von 0,5 μm bis 10 μm und vorzugsweise von 1 μm bis 3 μm an dem abgeschrägten Rand. Anders als bei der ebenen Vorderseite oder der ebenen Rückseite ist es schwierig beim Ätzen, die Dicke der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht an dem abgeschrägten Rand einzustellen. Es gibt eine weitere Reihe aus Scheibenbearbeitungsschritten. Die Reihe umfasst die Schritte: Schneiden eines Nitridkristallrohlings in eine Scheibe, Ätzen der unteren Oberfläche (B), Abschrägen des Randes (C), Polieren der vorderen Fläche (E) und Durchführen einer Dampfphasenätzung (F). In der alternativen Bearbeitung kann das Schleifen auf der Rückseite (A) und das Schleifen der Vorderseite (D) weggelassen werden, da das Schneiden die Dicke der geschnittenen Scheiben ebenfalls festlegen kann. Die alternative Bearbeitung erfordert das Ätzen der Rückseite (B) und das Ätzen der Vorderseite (F), da das Schneiden prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schichten sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite hervorruft. Beispielsweise ist in der alternativen Bearbeitung eine Reihe enthalten mit: Schneiden → Ätzen der Rückseite → (B) Dampfabphasenätzung (F) → Abschrägung des Randes (C) → Polieren der Vorderseite (E) → Dampfphasenätzung (F). Eine einzelne Dampfphasenätzung kann anstelle der zwei Dampfphasenschritte treten. Für die zweite Dampfphasenätzung kann CMP stattdessen angewendet werden. In einem alternativen Falle, in dem ein großes GaN-Rohmaterial hergestellt wird und dieses in die geschnittenen Scheiben unterteilt wird, wird die Seite des Rohmaterials zuerst geschliffen und das Rohmaterial wird dann in Scheiben geschnitten. Dies kann zur Vermeidung des ersten Unterseitenschleifens (A) und zum Einstellen der Scheibendicke angewendet werden.
  • Es werden Nitridscheiben mittels eines weichen mit Gummi als Bindematerial oder Harz mit darin enthaltenen Bläschen als Bindematerial verwendeten Schleifsteines am Rand abgeschrägt, der mit feinen Diamantschleifkörnchen oder Oxidkörnchen zusätzlich zu den Diamantschleifkörnchen versehen ist. Die Verwendung des Schleifsteins kann das Brechen oder das Bilden von Rissen in den Scheiben verhindern. Die 0,5 μm bis 10 μm dicken und vorzugsweise 1 μm bis 3 μm dicken prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schichten, die auf dem abgeschrägten Rand verbleiben, ermöglichen es, dass Nitridscheiben mit ge ringer Verformung oder Nitridscheiben ohne Verformung bereitgestellt werden. Die Rate für das Auftreten von Rissen ist gering und die Scheibenbearbeitungsausbeute ist für die Nitridscheiben der vorliegenden Erfindung hoch. Des weiteren kann die vorliegende Erfindung die Produktionsausbeute der Bauelemente, die auf der Nitridscheibe hergestellt werden, erhöhen.
  • Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht ist ein Maß für die Bewertung der Stärke mechanischer Stoßbelastungen, die danach beim Randabschrägen auf die Scheiben einwirken. Die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Randschicht besitzt eine Dicke von 0,5 μm bis 10 μm und ermöglicht einen weichen Kontakt und eine geringe Stoßwirkung auf den Scheibenrand durch den Schleifstein.
  • [Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
  • [1]
  • 1 ist ein Prozessdiagramm, das die Schritte zur Herstellung von Scheiben mit Spiegelqualität aus einem gewachsenden kreisförmigen Nitridkristall, der auf einem Trägersubstrat in der Dampfphase gewachsen ist und von dem Trägersubstrat separiert ist, zeigt.
  • [2]
  • 2 ist ein Graph, der die Abhängigkeit zwischen der Dicke d peripherer prozesshervorgerufener beeinträchtigter Schichten und der Verformung U der GaN-Scheiben zeigt. Die Abszisse repräsentiert die logarithmisch dargestellte Dicke d (μm) der peripheren prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schichten. Die Ordinate gibt die Verformung U (μm) an.
  • [3]
  • 3 ist ein Graph, der die Abhängigkeit zwischen der gemessenen Dicke d der peripheren prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schichten und der Scheibenproduktionsausbeute Y (durchgezogene Linie) und der Rate für das Auftreten von Rissen C (unterbrochene Linie) zeigt. Die Abszisse ist logarithmisch dargestellte Dicke d (μm) der peripheren prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schichten. Die Ordinate auf der rechten Seite ist die Rate für das Auftreten von Rissen C (%). Die linke Ordinate ist die Substratproduktionsausbeute Y (%).
  • [4]
  • 4 ist ein Graph, der die Abhängigkeit der Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschichten von der Bauteilausbeute auf der Scheibe Q angibt. Die Abszisse repräsentiert die logarithmisch dargestellte Dicke d (μm) der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschichten. Die Ordinate gibt die Bauteilausbeute auf der Scheibe Q (%) an.
  • [5]
  • 5 ist eine Schnittansicht einer GaN-Scheibe der vorliegenden Erfindung mit einer prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht mit einer Dicke zwischen 0,5 μm und 10 μm und vorzugsweise mit einer Dicke zwischen 1 μm und 3 μm, auf einem oberen abgerundeten Rand (mit einer Umfangsaußenseite).
  • [6]
  • 6 ist eine Schnittansicht einer weiteren GaN-Scheibe gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht mit einer Dicke zwischen 0,5 μm und 10 μm, und vorzugsweise mit einer Dicke zwischen 1 μm und 3 μm, auf einem abgerundeten Rand (mit einer Umfangsaußenseite).
  • [7]
  • 7 ist eine Schnittansicht einer weiteren GaN-Scheibe gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht mit einer Dicke zwischen 0,5 μm und 10 μm und vorzugsweise zwischen 1 μm und 3 μm auf einem oberen abgeschrägten Rand.
  • [8]
  • 8 ist eine Schnittansicht einer weiteren GaN-Scheibe gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht mit einer Dicke zwischen 0,5 μm und 10 μm und vorzugsweise zwischen 1 μm und 3 μm an Rändern und an einer Umfangsaußenseite.
  • [9]
  • 9 ist eine Schnittansicht, die einen Randabschrägungsprozess zum Formen eines scharfen Randes (mit einer Umfangsaußenseite) einer Scheibe in einen abgerundeten Rand mittels eines Gummiverbundschleifsteins zeigt.
  • [10]
  • 10 ist eine Schnittansicht, die einen Randabschrägungsprozess zeigt, in welchem ein Rand (einschließlich einer Umfangsaußenseite) einer Scheibe in einen geneigten Rand mittels eines Gummiverbundschleifsteines geformt wird.
  • [11]
  • 11 ist eine perspektivische Ansicht einer Abschrägungsvorrichtung, die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift 2004-319951 (japanische Patentanmeldungsnummer 2003-275935 ) vorgeschlagen wird, um einen Rand einer Scheibe abzuschrägen, indem ein Schleifband in Kontakt mit einem Seitenbereich des Randes der Scheibe gebracht wird und die Scheibe in Drehung versetzt wird.
  • [12]
  • 12 ist eine Schnittansicht eines kontaktherstellenden Teils der Abschrägungsvorrichtung, die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2004-319951 ( japanische Patentanmeldungs-Nr. 2003-275935 ) vorgeschlagen wird, um einen Rand einer Scheibe abzuschrägen, indem ein Schleifband mit einem breiten Bereich des Rands der Scheibe in Kontakt gebracht und die Scheibe in Drehung versetzt wird.
  • [13]
  • 13 ist eine Schnittansicht einer verformten Scheibe, wobei der Rand auf einer horizontalen Ebene gelegt ist, um die Definition des Grades an Verformung durch die Höhe U der Mitte der Scheibe W mit dem Durchmesser D zu erläutern.
  • [14]
  • 14 ist eine Graph, der die Abhängigkeit der Dicke d (μm) der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schichten von der Scheibenverformung U (μm) für Proben 1 bis 11 zeigt. Die angefügten Zahlen bezeichnen die Probennummern. ° bezeichnet eine zulässige Probe und x bezeichnet eine nicht akzeptable Probe (gleiches gilt für das Folgende).
  • [15]
  • 15 ist ein Graph, der die Abhängigkeit zwischen der Dicke d (μm) der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schichten von der Rate für das Auftreten von Rissen C (%) der Proben 1 bis 11 zeigt. Die angefügten Zahlen bezeichnen die Nummer der Probe.
  • [16]
  • 16 ist ein Graph, der die Abhängigkeit der Dicke d (μm) der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schichten von der Bauteilproduktionsausbeute Q (%) der Proben 1 bis 11 zeigt. Die angefügten Zahlen bezeichnen die Nummer der Probe.
  • [17]
  • 17 ist ein Graph, der die Abhängigkeit zwischen dem Verhältnis von Schleifkörnchen (wt%) und der Scheibenrandsauerstoffkonzentration (at%) für die Proben 12 bis 18 angibt. Das Oxidschleifkörnchenverhältnis + Diamantschleifkörnchenverhältnis = 100%.
  • [18]
  • 18 ist ein Graph, der die Abhängigkeit zwischen dem Oxidschleifkörnchenverhältnis (wt%) und der Dicke d (μm) der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschichten der Proben 12 bis 18 angibt.
  • [19]
  • 19 ist ein Graph, der die Abhängigkeit zwischen dem Oxidschleifkörnchenverhältnis (wt%) und dem Fragmentierungshäufigkeitsverhältnis p (%) der Proben 12 bis 18 angibt.
  • [20]
  • 20 ist ein Graph, der die Abhängigkeit zwischen dem Oxidschleifkörnchenverhältnis (wt%) und der Bauteilproduktionsausbeute Q (%) der Proben 12 bis 18 angibt.
  • [21]
  • 21 ist ein Graph, der die Abhängigkeit zwischen der Dicke d (μm) der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht und der Randmetallkonzentration m (at%) der Proben 19 bis 26 zeigt.
  • [22]
  • 22 ist ein Graph, der eine Abhängigkeit zwischen der Dicke d (μm) der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht und der Fragmentierungshäufigkeitsrate p (%) der Proben 19 bis 26 zeigt.
  • [23]
  • 23 ist ein Graph, der eine Abhängigkeit zwischen der Dicke d (μm) der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht und der Bauteilproduktionsausbeute Q (%) der Proben 19 bis 26 angibt.
  • [24]
  • 24 ist ein Graph, der eine Abhängigkeit zwischen der Dicke d (μm) der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht und der Randrauigkeit Ra (μm) der Proben 1 bis 26 angibt.
  • [25]
  • 25 ist eine Schnittansicht einer Epitaxiescheibe mit einem Galliniumnitridsubstrat, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, mit einer n-GaN-Schicht, einer n-AlGaN-Schicht, einer Lichtemissionsschicht, einer p-artigen GaN-Schicht und einer p-GaN-Schicht, die epitaktisch auf das Galliumnitridsubstrat aufgewachsen sind, um die lichtemittierenden Bauelemente herzustellen.
  • [26]
  • 26 ist eine Schnittansicht einer Einheit eines Bauelements mit einem Galliumnitridsubstrat, und mit einer n-GaN-Schicht, einer n-AlGaN-Schicht, einer Lichtemissionsschicht, einer p-AlGaN-Schicht und einer p-GaN-Schicht, die epitaktisch auf dem Galliumnitridsubstrat aufgewachsen sind, und mit einer p-Elektrode und einer n-Elektrode.
  • [27]
  • 27 ist eine Schnittansicht eines lichtemittierenden Bauelements, das hergestellt wird, indem der Bauteilchip in einer Lage mit der epitaktisch gewachsenen Schicht nach unten zeigend (p-Gebiet nach unten und n-Gebiet nach oben) auf einer Auflage eines Gehäuses mit AuSn-Lotmaterial befestigt und indem die n-Elektrode mit einem Anschlussstift mittels eines Drahtes verbunden wird.
  • [28]
  • 28 ist ein Graph, der eine Abhängigkeit zwischen der Randsauerstoffkonzentration O (at%) und der Fragmentierungshäufigkeitsrate (p%) der Proben 12 bis 18 zeigt.
  • [29]
  • 29 ist ein Graph, der eine Abhängigkeit zwischen der Randsauerstoffkonzentration O (at%) und der Bauteilproduktionsausbeute Q (%) der Proben 12 bis 18 darstellt.
  • [30]
  • 30 ist ein Graph, der eine Abhängigkeit zwischen der Randmetallkonzentration m (at%) und der Fragmentierungshäufigkeitsrate p (%) der Proben 19 bis 26 zeigt.
  • [31]
  • 31 ist ein Graph, der eine Abhängigkeit zwischen der Randmetallkonzentration (at%) und der Bauteilproduktionsausbeute Q (%) der Proben 9 bis 26 zeigt.
  • Nitridhalbleiterscheiben sind aus Nitriden der Gruppe 3 aufgebaut, beispielsweise GaN, AlN, InN, AlGaN, InGaN usw. GaN-Kristalle können mittels eines HVPE-Verfahrens, eines Flussverfahrens und mit einem ammonothermischen Verfahren hergestellt werden. AlN-Kristalle können durch das HVPE-Verfahren, ein Sublimationsverfahren und ein Flussverfahren erzeugt werden. Ein InN-Kristall kann durch ein HVPE-Verfahren hergestellt werden. Durch das Schneiden eines gewachsenen Nitridkristalls mittels einer Drahtsäge oder einer Blattsäge werden geschnittene Scheiben hergestellt. Die planare Bearbeitung beinhaltet das Schleifen und das Polieren. Zum Ätzen gehören Trockenätzen und Nassätzen.
  • Es kann eine Randabschrägung für breite, dicke GaN-Scheiben bewerkstelligt werden, beispielsweise mit einem Durchmesser von 5 inch (12,7 cm) und einer Dicke von 850 μm, indem Gummiverbundschleifsteine und poröse Harzverbundschleifsteine verwendet werden. Nicht-poröse Harzverbundschleifsteine, Metallverbundschleifsteine und Elektro-Abscheide-Schleifsteine, die zu hart sind, sind ungeeignet, um Nitridhalbleiterscheiben am Rand abzuschrägen. Ein typisches Material zum Verbinden von Gummi ist Chloropengummi (CR). CR besitzt eine ausgezeichnete Elastizität, eine gute prozessinterne elastische Deformation und kann gut entfernt werden. Ein geeigneter Bereich für die Gummihärte ist eine geringe Härte von 40 bis 60, um Risse und Schäden beim Randabschrägen zu vermeiden.
  • Der Schleifstein ist ein poröser Harzverbundschleifstein mit einer Porosität von 20% bis 50%. Ein poröses Bindeharz wird hergestellt durch Mischen von Kalziumkarbonat (CaCO3) oder einem anderen Karbonat mit einem Harzmaterial, das Schleifkörnchen enthält, und durch Sintern der Mischung. Kalziumkarbonat gibt während des Sinterprozesses Gasbläschen in das Harzmaterial ab. Die Gasbläschen ergeben die poröse Struktur des Harzes. Polyvinylalkohol (PVA) oder Phenolharz sind geeignete Harzmaterialien, um Schleifkörnchen auf einer Schleifsteinscheibe zu befestigen.
  • Schleifkörnchen, die auf der Schleifsteinscheibe aufzubringen sind, sind Diamant-(C)Körnchen. Alumina-(Al2O3)Körnchen, Siliziumkarbid-(SiC)Körnchen oder Bornitrid-(BN)Körnchen können anstelle von Diamantschleifkörnchen verwendet werden. Körnchen aus Diamant, Alumina, Siliziumkarbid und Bornitrid besitzen ähnlich mechanische Schleifeigenschaften. Daher werden Diamantschleifsteine als typisches Beispiel als Schleifmittel für die Randabschrägung im Weiteren erläutert. Die Größe der Schleifkörnchen wird durch die Körnung (#) bezeichnet. Die vorliegende Erfindung verwendet # 220 bis # 6000 an Diamantkörnchen als stationäre Schleifkörnchen, die auf das Basismaterial von Randabschrägungsschleifsteinen aufgebracht sind. Die Körnung (#) ist ein Maß, das die Größe von Schleifkörnchen angibt. Größere Zahlen für die Körnung (#) entsprechen kleinen Körnchen. Kleinere Zahlen für die Körnung (#) bedeuten größere Körnchen.
  • Ein Verbundschleifstein mit größeren Körnchen kann einen Rand einer Scheibe in einer kürzeren Zeit abschrägen. Die Verwendung eines Verbundschleifsteines mit größeren Körnchen erzeugt jedoch mehr Risse und Brüche und eine größere Verformung. Die Verwendung von Verbundschleifsteinen mit kleineren Körnchen benötigt sehr viel Zeit. Manchmal begünstigen die Schleifsteine mit kleineren Körnchen Verformung und eine höhere Rate für das Auftreten von Rissen. Der Anteil stationärer Körnchen in dem Bindematerial sollte 3 vol% bis 20 vol% betragen. Das Symbol „vol%” bedeutet Volumenprozent.
  • Ein zulässiger Bereich der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht der Dicke d einer Nitridscheibe beträgt 0,5 μm bis 10 μm. Weniger als 0,5 μm oder mehr als 10 μm in der Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht verursachen eine größere Verformung und größere Raten für das Auftreten von Rissen. Eine Dicke von 1 μm bis 3 μm ist vorteilhaft für die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Randschicht. Die Scheibenverformung ist sensitiv auf die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Randschicht, auf innere Verspannungen und die vorderen/hinteren prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schichten. Die Verformung hängt von dem Durchmesser und der Dicke einer Scheibe ab. Durch CL (Kathodenlumineszenz) und TEM (Transmissionselektromikroskopie) von Spaltebenen kann die prozesshervorgerufenen beeinträchtigte Schicht beobachtet und bewertet werden.
  • Ein günstiger Bereich der Rauhigkeit des abgeschrägten Randes beträgt Ra 0,07 μm bis Ra 3 μm für eine arithmetisch gemittelte Rauhigkeit Ra. Ra ist eine der Darstellungen für die Rauhigkeit. Ra wird ermittelt durch Berechnen einer mittleren Höhe, das Aufsummieren von Absolutwerten der Differenzen zwischen den Höhen benachbarter Stellen und der mittleren Höhe und das Mitteln der absoluten Differenzwerte. Rms, das eine weitere Darstellung der Rauhigkeit ist, wird ermittelt, indem Quadrate der Differenzen zwischen den Höhen der Messpunkte und der mittleren Höhe aufsummiert werden, die Summe gemittelt wird und die Wurzel des Mittelwerts genommen wird. Die gleiche Oberfläche ergibt unterschiedliche Werte für Ra und Rms bezüglich der Rauhigkeit. Unregelmäßigkeiten der Oberfläche führen zu Änderungen zwischen Ra und Rms. Ra ist weder gleich noch proportional zu Rms. Ra und Rms sollten nicht verwechselt werden. Eine Randrauhigkeit kleiner als Ra 0,07 μm oder größer als Ra 3 μm, was ungünstig ist, erhöht die Verunreinigungskonzentration an den abgeschrägten Rändern. Die Verunreinigungen an den Rändern stammen von dem Bindematerial des Schleifsteins und von dem Haftmittel bzw. Wachs, das die Scheibe mit der Halterung verbindet. Ein günstigerer Bereich der Randrauhigkeit ist Ra 0,15 μm bis Ra 1 μm. Die Randrauhigkeit wird mit 30 μm großen quadratischen (30 μm × 30 μm) Feldern ermittelt und gemessen mittels eines Lasermikroskops mit Laserdioden einer Wellenlänge von 658 nm.
  • Schleifsteine mit übermäßig großen Körnungszahlen für Diamantkörnchen können in zuverlässiger Weise Galliumnitridscheiben am Rand abschrägen. Die Diamantschleifsteine, die lediglich aus Diamantkörnchen mit kleiner Körnungszahl bestehen, sind für die Randabschrägung ungeeignet. Eine zu starke mechanische Einwirkung der Diamantschleifsteine mit geringer Körnung führen zu einer Schädigung der Ränder von Galliumnitridscheiben. Die Verwendung eines komplexen Schleifsteines mit Körnchen mit einer Mischung aus Di amantschleifkörnchen und Oxidschleifkörnchen ist günstig bei der Verringerung der Rauhigkeit von abgeschrägten Rändern. Es sollten unstabile Oxide als Oxidschleifkörnchen gewählt werden, um chemische Reaktionen zu fördern. Die chemischen Reaktionen sind hilfreich bei der Randabschrägung. Das Hinzunehmen chemischer Reaktionen durch Oxidkörnchen ermöglicht, dass im Schleistein die erforderliche Menge an Diamantkörnchen verringert wird, wobei auch die mechanische Einwirkung auf Grund der Diamantkörnchen und die physikalische Stoßwirkung verringert werden. Geeignete Oxidkörnchen sind Fe2O3, Fe3O4, Cr2O3, CuO, Co3O4, MnO2 und ZnO-Körnchen. Die Oxidkörnchen besitzen eine chemische Wirkung und eine mechanische Wirkung. Die Wirkungen werden als „mechanochemische” Wirkung bezeichnet. Der mechanochemische Effekt ist ein neuer Effekt. Der mechanochemische Effekt der Oxidschleifkörnchen unterstützt die Diamantkörnchen beim Entfernen nicht benötigter Teile und führt zu einer Randabschrägung bei einer Belastung (Stoßbelastung) die wesentlich geringer ist als im Falle der Randabschrägung mittels ausschließlich Diamantkörnchen. Der mechanochemische Effekt ermöglicht die Randabschrägung derart, dass diese glatte und unbeschädigte Ränder erzeugt. Stabile Oxide, beispielsweise Silika (SiO2) und Alumina (Al2O3), die keinen mechanochemischen Effekt besitzen, sind nicht geeignet. (0001) Ebenen (Ga-Ebene; obere Fläche) von Nitridscheiben sind sehr stabil und chemisch resistent. Der mechanochemische Effekt würde nicht ausreichen, um die (0001) Ebene zu schleifen. Der Gegenstand der Randabschrägung sind daher weniger stabile, chemisch schwache Ebenen, die zu der stabilen (0001) Ebene geneigt sind. Somit ermögliche Schleifsteine mit Oxidkörnchen ein mechanochemisches Schleifen von Rändern (Randabschrägung) von Nitridscheiben mit hoher Effizienz.
  • Die Umgebung in der Schleifvorrichtung und auch Oxidkörnchen geben Sauerstoffatome ab. Ein Teil der abgegebenen Sauerstoffatome dringt in die abgeschrägten Ränder der Scheiben ein. 3 at% bis 20 at% sind geeignete Sauerstoffkonzentrationen in den abgeschrägten Rändern. Weniger als 3 at% an Randsauerstoffkonzentration führt zu einer Schädigung der Scheiben bei der weiteren Bearbeitung. Mehr als 20 at% für die Randsauerstoffkonzentration führt zu einer Erhöhung der Rate an unzulässigen Bauelementen, die auf einem peripheren Teil der bearbeiteten Scheibe hergestellt werden. Die Randsauerstoffkonzentration kann durch das Mischverhältnis von Oxidschleifkörnchen, die mit dem Basismaterial des Schleifsteins verbunden sind, gesteuert werden. Des weiteren kann die Randsauerstoffkonzentration durch Regulierung der Oxidationswirkung der Waschflüssigkeiten nach der Randabschrägung eingestellt werden. Ein günstigerer Bereich der Rand sauerstoffkonzentration beträgt 5 at% bis 15 at%. Atomkomponenten in den Rändern der Nitridscheiben können mittels AES (Auger-Elektronenspektroskopie) gemessen werden.
  • Es kann eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen in den hierin genannten Nitridscheiben als Substrat hergestellt werden. Beispielsweise können Licht emittierende Dioden durch eine Reihe der folgenden Schritte hergestellt werden. Es wird eine Epitaxiescheibe erzeugt, indem eine 1 μm n-GaN-Schicht, eine 150 nm dicke n-Al0,1Ga9N-Schicht, eine Emissionsschicht, eine 20 nm dicke p-Al0,2Ga0,8N-Schicht und eine 150 nm dicke p-GaN-Schicht in dieser Reihenfolge epitaktisch auf der n-GaN-Scheibe, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, aufgebracht werden. Die Lichtemissionsschicht wird aus einer Mehrfachquantenwannenstruktur mit vier 10 nm-dicken GaN-Abschirmschichten und drei 3 nm dicken Ga0,85In0,15N-Wannen- bzw. Potentialtopfschichten aufgebaut, die abwechselnd aufeinander geschichtet sind (25).
  • Es wird eine n-Elektrode an der Rückseite (n-Ebene; (000-1) Ebene) in dem n-GaN-Substrat hergestellt. Es wird eine p-Elektrode auf der oberen p-GaN-Schicht gebildet. Es werden eine Vielzahl von Bauelementen auf der n-GaN-Scheibe hergestellt. Beispielsweise wird die Scheibe in LED-(lichtemittierende Dioden)Chips als Quadrate mit 2 mm Kantenlänge geschnitten. Die Bauteilchips werden auf Trägern von Gehäusen montiert. Im Falle einer Montageart mit der Epitaxieschicht nach oben weisend, während die Unterseite des Substrats auf der Aufnahme angeordnet ist, sollte die n-Elektrode breit sein und die p-Elektrode solle schmal sein. Das von der Emissionsschicht ausgesandte Licht verläuft nach außen über das p-Gebiet. Im anderen Falle, wenn das epitaktisch gewachsene Gebiet nach unten weisend montiert ist, wobei die Oberseiter der p-Schicht auf der Auflage liegt, sollte die n-Elektrode schmal sein und die p-Elektrode breit sein (26). Licht, das von der Emissionsschicht ausgeht, verläuft durch das n-Gebiet. 27 zeigt eine mit der epi-Schicht nach unten montierte LED, die Licht durch das n-GaN-Substrat aussenden kann, da das GaN-Substrat lichtdurchlässig ist. Das Bauelement mit der unten montierten epi-Schicht besitzt eine bessere thermische Verteilung, da die Emissionsschicht nahe an dem Auflagemetall angeordnet ist, das die auftretende Warme rasch nach unten transportiert. Das GaN-Substrat besitzt eine hohe Leitfähigkeit. Die Wärmeverteilung wird durch die hohe thermische Leitfähigkeit des GaN-Substrats unterstützt. Die thermische Leitfähigkeit von GaN ist wesentlich höher als von Saphir. Bauelemente auf GaN sind für die Herstellung von Hochleistungsbauelementen geeignet.
  • [Vorgehensweise 1]
  • [1. Herstellung einer GaN-Scheibe mit unterschiedlichen Dicken der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht]
  • Es werden mehrere kreisförmige geschnittene GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 2 inch (ungefähr 50 mm) mittels Dampfaufwachsverfahren hergestellt. Die GaN-Scheiben sind n-Scheiben, die mit Silizium (Si) oder Sauerstoff (O) dotiert sind. Die GaN-Scheiben werden als Scheiben mit Spiegelqualität durch eine Reihe von ebenen Bearbeitungsschritten hergestellt, die in 1 gezeigt sind.
    • A. Schleifen der unteren Oberfläche
    • B. KOH-Ätzung der unteren Fläche
    • C. Randabschrägung durch Gummiverbundschleifsteine mit einer Körnungszahl von # 600 bis # 3000
    • D. Schleifen der Vorderseite
    • E. Polieren der Vorderseite (grob und fein)
    • F. Dampfphasenätzung der Vorderseite
    • A. Das Schleifen der Rückseitenfläche ist ein planarer Prozess zum Reduzieren der Dicke von Scheiben W auf einen vorbestimmten Bereich von Dickenwerten. Das Schleifen der unteren Fläche (n-Ebene) verringert die Dicke der Scheibe. Das Schleifen bewirkt eine prozesshervorgerufene beeinträchtigte M mit einer Gitterfehlordnung an der unteren Fläche. Weder das menschliche Auge noch das Elektronenmikroskop (SEM) können die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht M erkennen. Die Kathodenlumineszenz (CL), die Fluoreszenzmikroskopie oder die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) können die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht M in Bezug auf den Hintergrund unterscheiden. Die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht M ist ein nicht benötigtes Gebiet, das nicht leuchtet, wenn eine GaN-Scheibe durch Kathodenlumineszenz (CL) oder Fluoreszenzmikroskopie untersucht wird. Alternativ ist die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht M ein nicht benötigtes Gebiet, das dunkler ist als ein benachbartes tieferes Gebiet unter Bestrahlung durch ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM). Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht M kann durch CL, Fluoreszenzmikroskopie oder TEM gemessen werden. Beispielsweise wird ein begrenztes Gebiet einer GaN-Scheibe durch SEM und CL gleichzeitig beobachtet. Es ergibt sich bei CL ein nicht leuchtendes Gebiet in der Nähe der Oberfläche, das in planarer Weise bearbeitet wurde. Die Tiefe des unter CL nicht leuchtenden Gebiets ist die Dicke der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht. Das SEM kann in genauer Weise die Tiefe des unter CL nicht leuchtenden Gebiets ermitteln. Die planare Bearbeitung bewirkt eine dicke prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht M mit einer Dicke von d = 10 μm bis 50 μm an der unteren Oberfläche.
    • B. Es ist nicht wünschenswert, die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht M beizubehalten. Die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht M der hinteren Oberfläche sollte entfernt werden. Im Schritt B soll die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht M, die an der hinteren Oberfläche hervorgerufen wird, entfernt werden. Im Schritt B wird die Scheibe in einer 25%igen KOH-Lösung bei 90 Grad C 10 Minuten bis 120 Minuten lang geätzt. Die Ätztiefe wird auf einen Bereich von 1 μm bis 50 μm eingestellt, indem die Ätzzeit angepasst wird.
    • C. Die Randabschrägung ist ein Schritt des Abschrägens des Randbereiches mit einer Schräge oder entsprechend einer Rundung. Die Randabschrägung mittels eines Verbundschleifsteines bewirkt ein Brechen oder eine Rissbildung, die vom Randbereich ausgeht. Die Verwendung des Schleifbandes, wie dies in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2004-319951 vorgeschlagen wird, erfordert eine sehr lange Prozesszeit. Es wird ein Gummiverbundschleifstein zum Abschrägen verwendet, um damit den Randbereich vor Brüchen oder Rissbildungen zu schützen.
  • In einem Gummiverbundschleifstein sind stationäre Schleifkörnchen mit einem Gummimaterial auf einer Basisscheibe befestigt. Der Schleifstein ergibt eine Abschrägung des scharfen Randes einer Scheibe entsprechend einem schrägen oder einem abgerundeten Rand bereich, indem der Rand mit dem Schleifstein in Kontakt gebracht und in Drehung versetzt wird um einen Mittelpunkt herum.
  • 9 zeigt einen Randabschrägungsprozess, in welchem ein runder rollenförmiger Gummiverbundschleifstein den Rand E (einschließlich einer Umfangsaußenseite) einer Scheibe W zu einem runden Abschnitt abschrägt.
  • 10 zeigt einen weiteren Abschrägungsprozess, in welchem ein konusförmiger Gummiverbundschleifstein H mit einer geneigten Konusoberfläche den Rand E einer Scheibe zu einem geneigten Randbereich abschrägt. In diesem Falle sind beide Randbereiche, d. h. der untere Rand und der obere Rand, abzuschrägen. Es werden geneigte abgeschrägte Ränder gebildet. Ein mittlerer Teil der Umfangsaußenseite wird in diesem Falle nicht geschliffen. Es sind eine Vielzahl von Formen anstelle einer Form eines Rollenrades oder eines Konus für den Schleifstein anwendbar. Beispielsweise kann ein sich bewegender Schleifstein eine Scheibe abschrägen, indem die Bewegung um die Scheibe herum stattfindet.
  • Vorzugsweise werden Scheiben mit einem Gummiverbundschleifstein mit einer Körnung von 600 als erster Schritt abgeschrägt. Danach wird ein Gummiverbundschleifstein mit einer Körnung 2000 in einem zweiten Schritt angewendet. Die Randabschrägung durch den Schleifstein mit der Körnung 600 ergibt eine Rauhigkeit von ungefähr Ra 0,3 μm am Rand E. Das Abschrägen durch den Schleifstein mit der Körnung 2000 verbessert die Kantenrauhigkeit auf ungefähr Ra 0,07 μm. Der Rand wird glatt. Die Abschrägung verursacht eine prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht M an dem Rand E.
    • D. Das Schleifen der vorderen Fläche D erzeugt eine Scheibe mit einer reduzierten Dicke von ungefähr 600 μm–ungefähr 550 μm und 500 μm–520 μm. Der Betrag des Schleifens (Dickenverlust) kann durch die Schleifzeit gesteuert werden. Beispielsweise nimmt es ca. 60 Minuten in Anspruch, um eine vordere Fläche einer 580 μm dicken Scheibe bis auf eine Dicke von 510 μm zu schleifen. Es wird eine prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht M auf der vorderen Fläche der Scheibe W durch das Schleifen der Vorderseite hervorgerufen.
    • E. Das Polieren der Vorderseite umfasst ein grobes Polieren und ein feines Polieren der vorderen Fläche. Die zwei Schritte des Polierens (grob und fein) ergeben die Ebenheit der vorderen Fläche. Es werden zwei prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schichten M auf der Vorderfläche und dem Rand erzeugt. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht M der vorderen Fläche und des Randes variiert entsprechend dem Grade des Schleifens oder Polierens. Im Allgemeinen beträgt der Bereich der Dicke 10 μm bis 50 μm für die prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schichten, die auf der vorderen Seite und dem Rand erzeugt werden.
    • F. Die vorderseitige prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht kann durch mechanisch-chemisches Polieren (MCP), Elektrolyse-Polieren, Flüssigphasenätzung oder Dampfphasenätzung entfernt werden. In dem vorliegenden Falle wird die vorderseitige prozesshervorgerufene Schicht durch Dampfphasenätzung mit einem erwärmten Gas mit Chlor (Cl2) entfernt. Die vordere Fläche (Ga-Ebene) ist chemisch und physikalisch beständiger als die Rückseite (N-Ebene). Ein alkalisches Ätzen ist für das Korrodieren der Vorderseite nicht geeignet. Das Dampfphasenätzen wird angewendet, um die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht an der Vorderseite zu entfernen.
  • Es werden eine Vielzahl von Scheiben mit unterschiedlicher Dicke der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht M hergestellt, indem die Bedingungen für das Schleifen und Ätzen geändert werden. Die Dicken der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschichten der GaN-Scheiben sind näherungsweise d = 0 μm bis 20 μm.
  • Abhängigkeit zwischen der Dicke der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht und der Verformung der Scheibe
  • Es gibt einige Ausdrücke für die Verformung von Scheiben. Ein Ausdruck ist der Krümmungsradius einer mittig verlaufenden Linie. Ein weiterer ist eine Krümmungsrate 1/R. Ein weiterer Ausdruck ist die Höhe einer Scheibe in der Mitte. In der vorliegenden Erfindung wird die Verformung durch die zentrale Höhe bzw. die Höhe in der Mitte U einer Scheibe ausgedrückt, die so angeordnet ist, dass der Rand mit einer flachen Ebene in Kontakt ist.
  • 13 zeigt die Definition der Verformung U, die die Höhe des Mittelpunkts über der flachen Ebene ist. Eine Abhängigkeit U = D2/8R verknüpft den Krümmungsradius R mit der zentralen Höhe U, wobei D einen Durchmesser der Scheibe und R einen Krümmungsradius repräsentieren. Die Verformungen U der Probenscheiben und die Dicken D der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschichten werden gemessen.
  • Die Abhängigkeit zwischen der Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht und der Scheibenverformung U wird untersucht. 2 zeigt das Ergebnis. Die Abszisse gibt logarithmisch die Dicke d (μm) der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht an. Die Ordinate gib die Verformung U (μm) an.
  • Obwohl es andere Faktoren gibt, die die Verformung beeinflussen, zeigt 2, dass die Verformung U der Scheiben durch eine einwertige Funktion der Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht ausgedrückt werden kann. Die Verformung U steigt monoton zwischen d = 3 μm und d = 20 μm an, wie dies in 2 gezeigt ist. d = 10 μm ergibt ungefähr ein U = 50 μm. Die Dickenwerte d = 0,5 μm bis 10 μm der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschichten ergeben Scheibenverformungen U, die kleiner oder gleich 50 μm sind. Ein Punkt innerhalb von d = 3 μm bis 1 μm ergibt Scheiben mit minimaler Verformung. Das Verringern der Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht unter d = 1 μm führt zu einem Anstieg der Verformung U.
  • Abhängigkeit zwischen der Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht und der Rate für das Auftreten von Rissen C
  • Die Raten für das Auftreten von Rissen C werden für die Probenscheiben ermittelt. 3 zeigt das Ergebnis der Messung der Raten für das Auftreten der Rissbildung. Die Abszisse auf 3 zeigt logarithmisch die Dicke d (μm) der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht. Die rechte Ordinate gibt die Häufigkeit bzw. die Rate für das Auftreten von Rissen C (%) an. Die gestrichelte Kurve zeigt die Häufigkeit für das Auftreten von Rissen. Es können diverse Faktoren zu Rissen führen. Dieses Ergebnis zeigt, dass die Häufigkeit für die Rissbildung C eine spezielle Abhängigkeit zu der Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht besitzt.
  • Die Rate für das Auftreten von Rissen C (%) wächst monoton mit der Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht im Bereich von d = 3 μm bis d = 10 μm. Eine Abnahme von d = 1 μm bis d = 0 μm führt zu einem Anstieg der Häufigkeit der Rissbildung C. Bei d = 0,4 bis 10 μm kann die Rate für das Auftreten der Rissbildung kleiner oder gleich 50% sein. Ein Wert von d unter 3 μm minimiert die Rate für das Auftreten von Rissen C.
  • Abhängigkeit zwischen der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht und der Scheibenproduktionsausbeute Y
  • Die Scheibenproduktionsausbeute Y (%) wird untersucht. Obwohl eine Vielzahl von Faktoren die Scheibenproduktionsausbeute beeinflussen, besitzt die Scheibenproduktionsausbeute Y eine deutliche Abhängigkeit von der Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht.
  • In 3 zeigt die durchgezogene Linie die Scheibenproduktionsausbeute (Y) als Funktion der Dicke der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht. Die Scheibenproduktionsausbeute Y ist ungefähr 80% bis 75% im Bereich von d = 3 μm bis 10 μm. Y beträgt ungefähr 72% bis 80% im Bereich von d = 0,5 μm bis 10 μm. Y beträgt 76% bei d = 10 μm. Das Y für d = 10 μm bis 20 μm ist nicht dargestellt, da Y weiter abfällt.
  • Bei d = 1 μm der Dicke der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht fällt die Scheibenproduktionsausbeute Y auf ungefähr 75% ab. Bei d = 0 μm fällt Y auf ungefähr 60% ab. Eine Dicke von 0,5 μm bis 10 μm der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht hält die Scheibenproduktionsausbeute Y bei 72% bis 80%.
  • Abhängigkeit zwischen der Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht und der Bauteilproduktionsausbeute in der Oberfläche Q
  • Lichtemittierende Bauteile werden auf den GaN-Scheiben bereitgestellt, die gemäß einer Vielzahl von Bedingungen bearbeitet werden. Die oberflächeninternen Bauteilproduktionsausbeuten Q werden untersucht. Es zeigt sich, dass die oberflächeninterne Bauteilproduktionsausbeute Q auch eine starke Abhängigkeit von der Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht besitzt.
  • 4 zeigt das Ergebnis von Messungen. Die Dicke d = 1,7 μm der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht ergibt das Maximum von 80% für die oberflächeninterne Bauteilproduktionsausbeute Q. Die Dicke d größer als 3 μm verringert die Bauteilprodukti onsausbeute Q. Andererseits verringert eine Schichtdicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht, die gegen 0 μm geht, die Bauteilproduktionsausbeute Q von 50% auf unter 40%. Eine Bauteilproduktionsausbeute Q von 60% oder mehr erfordert eine Dicke von 0,5 μm bis 10 μm der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht. Eine Dicke d von 1 μm bis 5 μm der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht kann die oberflächeninterne Bauteilproduktionsausbeute bei 70% oder höher halten.
  • Da eine prozesshervorgerufene beeinträchtigte Randschicht eine Gitterfehlordnung aufweist, kann man annehmen, dass d = 0 μm am besten sein würde. Die obigen Ergebnisse verneinen diese Annahme. Dickenwerte von d = 0,5 μm bis 10 μm für die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Randschicht sind günstig und insbesondere ist d = 1 μm bis 3 μm vorteilhaft.
  • Der optimale Bereich der Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht beträgt 1 μm bis 3 μm unter Berücksichtigung aller Faktoren, d. h. der Verformung U, der Scheibenproduktionsausbeute Y, der Grad für das Auftreten von Rissen C und der oberflächeninternen Bauteilproduktionsausbeute Q.
  • In dem zuvor genannten Experiment wird ein Ablauf beschrieben, d. h. Schleifen der unteren Fläche, Ätzen der unteren Fläche, Randabschrägung, Schleifen der oberen Fläche, Polieren der oberen Fläche und Dampfphasenätzung der oberen Fläche von GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 2 inch (50 mm), die als einzeln geschnittene Scheiben während eines gemeinsamen Aufwachsens erhalten werden. Ähnliche Ergebnisse werden in anderen Fällen in einer Vielzahl von GaN-Scheiben erreicht, die kollektiv aufgewachsen werden durch Aufwachsen eines großen GaN-Kristalls und durch Schneiden des GaN-Kristalls in mehrere geschnittene Scheiben. Der alternative Fall umfasst eine weitere Abfolge mit Ätzen der Unterseite, Randabschrägung, Polieren der Vorderseite und Dampfphasenätzung der Vorderseite.
  • Das zuvor gesagte ist das Ergebnis von Experimenten für GaN-Scheiben. Andere Nitridhalbleiterscheiben aus HIN, AlGaN oder InGaN ergeben ähnliche Ergebnisse.
  • Im Weiteren wird der Begriff „Fläche bzw. Oberfläche” nach „oben bzw. Vorderseite” oder „unten bzw. Hinterseite” manchmal der Einfachheit halber weggelassen. Eine „untere Flä che bzw. Rückseitenfläche” oder „obere Fläche oder Vorderseitenfläche” wird häufig kurz als „Unterseite” und „Oberseite” bezeichnet.
  • Auf Grund der Ansammlung an Ergebnissen von Experimenten, wie sie zuvor dargestellt sind, schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren vor, das eine Dicke von 0,5 μm bis 10 μm und vorzugsweise eine Dicke von 1 μm bis 3 μm für eine prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht für einen Randbereich einer Nitridscheibe ergibt, indem der Rand mit einem Gummiverbundschleifstein oder mit einem bläschenversetzten Harzverbundschleifstein in einer Reihe aus Prozessen mit Unterseitenschleifen, Randabschrägung und Oberseitenschleifen/Polieren abgeschrägt wird.
  • 5 bis 8 zeigten Schnittansichten von Nitridhalbleiterscheiben, die durch die zuvor genannten Verfahren bearbeitet sind.
  • 5 zeigt eine Nitridscheibe B mit einer 0,5 μm bis 10 μm dicken und vorzugsweise mit einer 1 μm bis 3 μm dicken prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht M an einem oberen Rand, der erzeugt wird, indem ein Rand mittels eines rollenförmigen Gummiverbundschleifstein (G) abgeschrägt, die Oberseite poliert und eine obere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht entfernt wird.
  • 6 zeigt eine Nitridscheibe W mit einer Dicke von 0,5 μm bis 10 μm vorzugsweise mit einer Dicke von 1 μm bis 3 μm einer prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht M an einem abgerundeten Rand (mit einer Außenseite), der hergestellt wurde, indem ein Rand mittels eines rollenförmigen Gummiverbundschleifsteins (G) abgeschrägt wird, die Oberseite poliert und eine prozesshervorgerufene beeinträchtigte Vorderseitenschicht entfernt wurde.
  • 7 zeigt eine Nitridscheibe W mit einer prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht mit einer Dicke von 0,5 μm bis 10 μm und vorzugsweise mit einer Dicke von 1 μm bis 3 μm mit einem schrägen Rand, der hergestellt wurde, indem ein Rand mittels eines konusförmigen Gummiverbundschleifensteins (G) abgeschrägt, die Oberseite poliert und eine vorderseitige prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht entfernt wurde.
  • 8 zeigt eine Nitridscheibe W mit einer prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht mit einer Dicke von 0,5 μm bis 10 μm und vorzugsweise mit einer Dicke von 1 μm bis 3 μm mit geneigten Rändern (einschließlich einer Außenseite), die hergestellt wurden, indem Ränder und eine Außenseite mittels eines konusförmigen Gummiverbundschleifsteins (G) abgeschrägt, die Vorderseite poliert und eine oberseitige prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht entfernt wurden.
  • [Vorgehensweise 2 Proben 1–11; Tabelle 1, 14, 15, 16]
  • In der vorhergehenden Vorgehensweise werden Scheiben mit einem Durchmesser von 2 inch (50 mm) verwendet. Die Vergrößerung eines Durchmessers einer Scheibe führt auch zu größeren Schwierigkeiten bei der Randabschrägung. Ein größerer Durchmesser der Scheiben führt zu mehr Rissen, bei einer größeren Verformung und zu einer geringeren Bauteilproduktionsausbeute. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind noch ausgeprägter, wenn diese Erfindung auf Scheiben mit großem Durchmesser anwendbar ist.
  • Die Vorgehensweisen 2 bis 4 beschreiben 26 Proben, die eine Randabschrägung für große und dicke GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) und einer Dicke von 850 μm ergeben, wodurch die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung auf große Scheiben bestätigt ist. Es gibt keine bekannten Beispiele einer GaN-Scheibe mit einem Durchmesser von 5 inch. Die vorliegende Erfindung schlägt GaN-Scheiben mit 5 inch erstmalig vor. Die Nummern der Proben sind durch die gleichen Zahlen in den 14 bis 24 angegeben. o bedeutet eine zulässige akzeptable Probe. x bedeutet eine nicht akzeptable Probe. Es werden die Prozesse für Galliumnitridscheiben erläutert, die für alle Proben 1 bis 26 gemeinsam ausgeführt werden.
  • [Prozesse für Galliumnitridscheiben]
  • 1 zeigt eine Reihe von Prozessen mit Unterseitenschleifen (A), einer KOH-Ätzung (B) für die Entfernung der unteren prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht (B), einer Randabschrägung (C), einem Vorderseitenschleifen (D), einem Vorderseitenpolieren (E) und einem Dampfphasenätzen für das Entfernen der vorderseitigen prozesshervorgerufe nen beeinträchtigten Schicht. Die Randabschrägung (C) ist kennzeichnend für die vorliegende Erfindung. Es werden alle Prozesse (A) bis (F) erläutert.
  • (1) Formen und Bearbeiten von GaN-Scheiben
  • Es wird ein sauerstoffdotierter GaN-Rohblock mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) durch das HVPE-Verfahren gezogen. Eine Drahtsäge schneidet den GaN-Rohblock entlang einer (0001) Ebene in eine 850 μm dicke GaN-Substratscheibe. Die untere Fläche der GaN-Scheibe wird mittels eines Diamantschleifsteines mit der Körnung # 600 geschliffen (Prozess A). Das Schleifen der Unterseite erzeugt eine prozesshervorgerufene Degenerationsschicht auf der Unterseite der Scheibe. Die prozesshervorgerufene Degenerationsschicht wird von der Unterseite mittels einer Maskenätzung in einer 15%igen KOH-Lösung bei 50 Grad C entfernt (Prozess B). Anstelle einer KOH-Lösung kann NaOH, H3PO4 oder eine andere sauere oder basische Lösung für die Unterseitenätzung (B) verwendet werden, solange die Ätzgeschwindigkeit ausreichend hoch ist. Eine Trockenätzung ist anwendbar, um die prozesshervorgerufene Degenerationsschicht von der Unterseite zu entfernen. Nach dem Ätzen lässt sich mit einer Vielzahl von anwendbaren Schleifsteinen, die in Tabelle 1 aufgebührt sind, der Rand der GaN-Scheiben abschrägen (Prozess C). Danach werden die vorderen Flächen der Scheiben bearbeitet (Prozesse D, E).
  • (2) Läppen und CMP (chemisch-mechanisches Polieren) einer Vorderseite einer GaN-Scheibe
  • Eine Unterseite (N-Ebene; (000-1) Ebene) einer n-GaN-Scheibe (oder einer anderen Nitridscheibe) wird mit Wachs auf einem Keramikhalter aufgeklebt. Es wird ein Drehteller mit einem Durchmesser von 600 mm an einem Läpp-Apparat angebracht. Der Halter wird auf dem Drehteller angebracht. Es wird ein Schleifmittel mit freien Diamantkörnchen mittels eines Schleifmitteleinlasses auf den Drehteller aufgebracht. Der Drehteller wird um eine zentrale Achse in Drehung versetzt. Es wird ein Druck auf den Halter ausgeübt. Der Halter wird um eine Welle in Drehung versetzt. Die obere Fläche (Ga-Ebene; (0001) Ebene) wird geläppt, indem die obere Fläche an den Drehteller gedrückt, die Halterung in Drehung versetzt und der Drehteller in Rotation versetzt wird.
  • Es wird ein Kupfer-(Cu)Drehteller oder ein Zink-(Zn)Drehteller zum Läppen der vorderen Flächen verwendet. Es werden drei unterschiedliche Größen an freien Diamantkörnchen mit einem Durchmesser von 9 μm, 3 μm und 2 μm vorbereitet. Der Durchmesser der Körnchen wird Schritt um Schritt mit dem Fortschritt des Läppens verringert. Der Polierdruck beträgt 100 g/cm2 bis 500 g/cm2. Die Drehung der Halterung (GaN-Scheibe) und die Drehgeschwindigkeit des Drehtellers betragen 30 Umdrehungen/Minute bis 60 Umdrehungen/Minute. Durch das Läppen wird eine spiegelartige Beschaffenheit auf der vorderen Fläche erreicht.
  • Nach dem Läppen erfolgt das Polieren. Es wird ein Polierkissen bzw. eine Polierauflage auf einem Drehteller mit einem Durchmesser von 600 mm einer Poliervorrichtung angebracht. Der Halter mit der geschliffenen GaN-Scheibe wird auf das Polierkissen aufgebracht. Ein Gewicht drückt den Halter gegen das Polierkissen. Es wird Schleifmittel mit freien Schleifkörnchen über einen Schleifmitteleinlass auf das Polierkissen der Poliervorrichtung aufgebracht. Der Drehteller dreht sich um eine mittig angebrachte Achse. Die Halterung rotiert um den Mittelpunkt. CMP-(chemisch-mechanisches Polieren) der vorderen Fläche (Ga-Ebene; (0001) Ebene) der GaN-Scheibe erfolgt durch Andrücken der oberen Fläche auf das Kissen, Rotieren der Halterung und Drehen des Drehtellers.
  • Ein Schleifmittel wird vorbereitet, indem Aluminiumoxid (Al2O3) Körnchen mit 5 wt% in Wasser verteilt werden, HNO3 hinzugefügt wird und ein pH-Wert in einem Bereich von pH 2–pH 4 eingestellt wird. Die Polierkissen sind Polyurethanlederauflagen. Der Drehteller ist ein Drehteller aus frostfreiem Stahl. Der Polierdruck beträgt 50 g/cm2 bis 600 g/cm2. Die Drehgeschwindigkeit der GaN-Scheibe und des Polierkissens betragen 30 Umdrehungen/Minute bis 70 Umdrehungen/Minute.
  • (3) Trockenätzung und Spülen der oberen Flächen der GaN-Scheiben.
  • Nach dem CMP-Prozess werden die GaN-Scheiben in einem ICP-RIE-Reaktor trockengeätzt. Das Ätzgas ist Chlorgas. Die trocken geätzten GaN-Scheiben werden mit einer wässrigen KOH-Lösung und IPA (Isopropylalkohol) gespült. Die fertiggestellten GaN-Scheiben werden dann geprüft. Prüfkriterien sind die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Randschicht, die Rauhigkeit an der Oberseite/dem Rand/der Unterseite, die Randsauerstoffkonzentration, die Randmetallkonzentration und das Auftreten von Schäden bei der weiteren Bearbeitung. Die Vorderseitenrauhigkeit beträgt für gewöhnlich Ra 1,5 nm für alle Proben. Die Rückseitenrauhigkeit beträgt im Wesentlichen für alle Proben Ra 5,6 μm. Die Randrauhigkeit ist für die Proben unterschiedlich. Die Tabellen 1, 2 und 3 zeigen die Ergebnisse der Messung der Parameter.
  • (4) Herstellung von LED-Bauelementen auf den n-GaN-Substraten
  • Die hergestellten n-GaN-Scheiben besitzen einen Widerstand von 1 × 10–2 Ohm cm und eine Ladungsträgerkonzentration von 2 × 1018/cm. Die n-GaN-Scheiben werden in einer MOCVD-Vorrichtung angeordnet. MOCVD-Vorrichtung erzeugt epitaktische GaN-Scheiben durch Aufwachsen einer 1 μm dicken siliziumdotierten n-GaN-Schicht, einer 150 nm dicken siliziumdotieren n-Al0,1Ga0,9N-Schicht, einer Lichtemissionsschicht, einer 20 nm-dicken Mg-dotierten p-Al0,2Ga0,8N-Schicht und einer 150 nm dicken Mg-dotierten p-GaN-Schicht auf der vorderen Fläche (Ga-Oberfläche: (0001) Ebene) der n-GaN-Scheibe. 25 zeigt eine Schnittansicht der Epitaxiescheibe. Die Lichtemissionsschicht ist ein Mehrfachquantenpotentialtopf bzw. Mehrfachquantenwanne mit vier 10 nm dicken GaN-Abschirmschichten und drei 3 nm dicken Ga0,85In0,15N-Potentialtopfschichten, die abwechselnd aufeinander gestapelt sind.
  • Dann wird die untere Fläche ((000-1) Ebene, N-Ebene) mit einer n-Elektrode mit einem Durchmesser von 100 μm versehen, indem ein Schichtstapel mit einer 200 nm dicken Ti-Schicht, 1000 nm dicken Al-Schicht, einer 200 nm dicken Ti-Schicht und einer 2000 nm Au-Schicht auf der unteren Fläche aufgebracht wird und die Scheibe in Stickstoffgasatmosphäre ausgeheizt wird. Die obere p-GaN-Schicht wird mit einer p-Elektrode versehen, indem eine 4 nm dicke Ni-Schicht und eine 4 nm dicke Au-Schicht aufeinander gestapelt werden und die Scheibe in einer inerten Gasatmosphäre aufgeheizt wird. 26 zeigt einen Schnitt eines Einheitsbauelements der Scheibe. Die Scheibe ist in eine Vielzahl aus quadratischen Bauteilchips mit einer Länge von 2 mm unterteilt. Die p-Elektrode eines Chips wird mit der Epitaxieseite nach unten mit einem AuSn-Lot auf einer Auflage eines Gehäuses angebracht. Die n-Elektrode wird durch einen Draht mit einem Anschlussstift verbunden. 27 zeigt ein Halbleiterbauelement mit einem LED-Aufbau, der entsprechend den zuvor genannten Prozessen erzeugt ist.
  • Die LED mit der nach unten weisenden epi-Schicht besitzt Vorteile gegenüber einer LED mit der epi-Schicht nach oben zeigend. Die Struktur mit der nach unten zeigenden epi-Schicht ermöglicht, dass die LED das Licht über das transparente GaN-Substrat aussendet. Die Struktur mit der nach unten zeigenden epi-Schicht besitzt eine verbesserte thermische Verteilung, da Wärme von der Lichtemissionsschicht über die nahe liegende Auflage zu dem Gehäuse strömen kann. GaN besitzt eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit von 210 W/mK, die fünf mal größer ist als die von Saphir mit 40 W/mK. Die mit der epi-Schicht nach unten weisende Struktur ermöglicht es, dass das GaN-Substrat Wärme führt und nach oben verteilt. Die LED der nach unten zeigenden epi-Schicht kann die Eigenschaften der GaN-Scheiben am Besten ausnutzen. Die Lichtleistung wird gemessen, indem eine LED im Mittelpunkt einer Kugel angeordnet wird und der LED ein Strom von 4 Ampere eingeprägt wird. Das Einprägen von Strom führt zum Aussenden von Licht aus der Emissionsschicht. Ein Teil des aufwärts ausgesandten Lichts geht durch das Substrat und verlässt die LED. Ein weiterer Teil des Lichtes wird nach unten ausgesendet, wird von der Auflage reflektiert und wird dann nach oben aus der LED ausgeführt (27). Ein weiterer Teil des Lichts, der durch Seiten des Gehäuses reflektiert wird, geht nach außen. Die LED besitzt eine sehr große Größe mit einem Quadrat von 2 mm. Die Montage mit der epi-Schicht nach unten weisend ermöglicht sogar, dass nach unten ausgesandtes Licht letztlich ausgestrahlt wird. Die vorliegende Erfindung ermöglicht LED's mit großer Ausgangsleistung, die auf dem GaN-Substrat hergestellt werden können.
  • Die Ausgangsleistung von lichtemittierenden Bauelementen wird gemessen, indem die LED's im Mittelpunkt einer Kugel angeordnet werden, ein Strom von 4 Ampere in die LED eingeprägt wird, so dass die LED Licht aussendet, das durch die Kugel gesammelt wird, die Leistung gemessen wird, die durch einen Detektor, der an einem weiteren Mittelpunkt angeordnet ist, gesammelt wird. Eine hohe Lichtleistung ist eines der bedeutendsten Leistungskriterien von LED's. LED's mit einer ausgesendeten Lichtleistung von 2 W oder mehr werden als „zulässig” bewertet. Die LED's mit einer Lichtausgangsleistung von weniger als 2 W werden als „nicht akzeptabel” bewertet. Die kritische Ausgangsleistung beträgt 2 W. Die zuvor genannten planaren Bearbeitungsschritte, die Bauteilherstellung und die Inspektion werden für alle Proben 1 bis 26 in gleicher Weise ausgeführt.
  • Die Proben 1 bis 11 dienen zur Prüfung der Verformung, des Auftretens von Rissen und der Bauteilproduktionsausbeute, indem die Körnung von Diamant geändert wird, Bindemateria lien verändert werden, Arten von Oxiden und die Anteile von Oxiden von Randabschrägungsschleifstein geändert werden. (Tabelle 1)
    Figure 00400001
    Figure 00410001
    • Tabelle 1: Proben 1 bis 11; Körnungszahl, Bindematerialien, Oxide, Verformung, Randrauhigkeit, Rissbildung, Bauteilproduktionsausbeuten
  • Die erste Zeile der Tabelle 1 gibt die Nummer der Probe an. Die Probennummern sind 1 bis 11. Die Scheibeneigenschaften sind Werte, die für jede Probe gemessen sind. Bedingungen für die Randabschrägung, die Scheibeneigenschaften und die Bauteileigenschaften sind für alle Proben gezeigt.
  • Die zweite bis achte Zeile zeigen die Eigenschaften der Schleifsteine für die Randabschrägung. Die Randabschrägung ist ein Randschleifprozess durch Drehung eines Schleifsteines, in welchem stationäre Schleifkörnchen eingebettet sind und in welchem ein Rand einer Scheibe mit dem drehenden Schleifstein in Kontakt gebracht wird. „Bindematerial” kennzeichnet die Eigenschaften der Bindematerialien, die die Schleifkörnchen an einem Basismaterial festhalten. Übliche Schleifsteine sind Harzverbundschleifsteine, in denen stationäre Körnchen durch Harz an dem Basismaterial festgemacht sind, Metallverbundschleifsteine, bei denen ein Metall die Körnchen an dem Basismaterial festhält und Elektroabscheidungsschleifsteine, bei denen die Körnchen durch Elektroabscheidung auf dem Basismaterial aufgebracht sind. Die vorliegende Erfindung verneint die Anwendbarkeit dieser Schleifsteine. In der vorliegenden Erfindung werden Harzverbundschleifsteine, Metallverbundschleifsteine und Elektroabscheidungsschleifsteine nicht eingesetzt. Die starre Fixierung von Körnchen an dem Basismaterial ist nachteilig bei den Harzverbundschleifsteinen, Metallverbundschleifsteinen oder bei den Elektroabscheidungsschleifsteinen.
  • Es werden Ränder von Nitridscheiben durch Gummiverbundschleifsteine oder bläschenenthaltende Harzverbundschleifsteine abgeschrägt. Zum Zwecke des Vergleichs werden Nitridscheiben durch Harzverbundschleifsteine, Metallverbundschleifsteine und Elektroabscheidungsschleifsteine abgeschrägt. Die Spalte mit dem Materialien gibt die Bindematerialien an. „CR” bedeutet Chloroprengummi. Die nächste Spalte zeigt die Härte der Bindegummimaterialien. Harzbindematerialien oder Metallbindematerialien sind härter als die Gummibindematerialien. Messungen der Metallbindematerialien oder der Harzbindemateri alien unterscheiden sich von den Messwerten des Gummibindematerials. Harze besitzen eine geringe Elastizität und sind für die Abschrägung von Nitridscheiben ungeeignet. Das Erzeugen von Bläschen in Harzen macht diese geeignet für die Abschrägung von Nitridscheiben, indem die Elastizität erhöht wird. Das Bläscheneinbringen in Harzmaterialien ergibt eine Mischung aus Harz- und Luftbläschen. Die „Porosität” beschreibt den Volumenanteil an Luftbläschen im Verhältnis zum Gesamtvolumen. Die Porosität ist ein Maß der Elastizität des bläschenenthaltenden Harzes.
  • Tabelle 1 zeigt die Arten und die Gewichtsprozente von Oxidschleifkörnchen. 100% minus die Gewichtsprozente der Oxidschleifkörnchen ergibt die Gewichtsprozent an Diamantschleifkörnchen.
  • Die Zeilen mit Substrateigenschaften geben vier Eigenschaften der Scheiben nach der Abschrägung an. Die erste ist die Dicke (μm) der prozesshervorgerufenen Degenerationsschichten an den Rändern der Scheiben. Die Kathodenlumineszenz (CL) kann die prozesshervorgerufenen Degenerationsschichten bzw. beeinträchtigten Schichten von anderen Teilen unterscheiden. Die CL misst die Dicke der prozesshervorgerufenen Degenerationsschichten, die am Rand der Scheibe verbleiben. Die zweite Zeile bezeichnet die Rauhigkeit Ra der abgeschrägten Ränder in Einheiten von Mikrometern. Die dritte Zeile zeigt die Verformung der Scheiben. Die Verformung wird durch die zentrale Höhe oder die Höhe in der Mitte U einer Scheibe dargestellt, die mit dem Rand so angebracht ist, dass dieser mit einer flachen Ebene in Kontakt ist. Da die vorliegende Erfindung große Scheiben behandelt, ergibt sogar eine Verformung mit geringer Krümmung eine große Höhe der Verformung U. Die Verformungshöhe U einer Scheibe mit einem Durchmesser D hängt von dem Verformungskrümmungsradius R quadratisch gemäß der Gleichung R = D2/8 U ab. Beispielsweise entspricht die zentrale Höhe U = 20 μm einer Scheibe mit einem Durchmesser von D = 127 mm einer Verformung mit einem Krümmungsradius R = 100 m. Die Krümmung der Verformung beträgt 1/R = 0,01 m–1.
  • „Rissbildung” bedeutet das Auftreten von Brüchen oder von Absplitterungen während der Randabschrägung. Die „Rate für das Auftreten von Rissen” ist ein Verhältnis der Anzahl an Scheiben, die bei der Randabschrägung brechen oder splittern, zu der Gesamtzahl der Scheiben. Die Proben 1 bis 11 werden an den Rändern mit unterschiedlichen Bedingungen abgeschrägt. Die Verformung, die Rate für das Auftreten von Rissen, die Bauteilausbeute für die Proben werden nach der Randabschrägung 1 bis 11 gemessen.
  • Die Zeile „Bauteile” zeigt die Bauteilproduktionsausbeute, die Verhältnisse der Anzahl der guten Bauteilchips zu der Anzahl der gesamten Bauteilchips repräsentieren, die aus einer der Probenscheiben erhalten werden. Das Bauteil ist eine großvolumige lichtemittierende Diode (LED) entsprechend einem Quadrat von 2 mm (4 mm2 an Fläche). Konventionelle käufliche LED besitzen einen quadratischen Aufbau mit 300 μm (0,09 mm2 an Fläche) mit 500 μm Kantenlänge (0,25 mm2 an Fläche). Die LED's der vorliegenden Erfindung sind 15 bis 40 mal größer als konventionelle LED's. Eine kreisförmige Scheibe mit einem Durchmesser von 127 mm besitzt ungefähr eine Fläche von 12000 mm2, was ungefähr 3000 mal größer als ein quadratischer Chip mit 2 mm Kantenlänge. Somit werden ungefähr 1000 LED's aus einer einzelnen Scheibe mit einem Durchmesser von 127 mm erhalten. Es wird eine vorbestimmte Anzahl an LED's aus einer Ansammlung an LED's als Proben ausgewählt, die von einer einzelnen GaN-Scheibe hergestellt werden. Die Qualität der LED's wird geprüft, indem ein Strom eingeprägt wird. Da die LED's der unten genannten Proben sehr große Flächen besitzen (beispielsweise Quadrate mit 2 mm), wird angenommen, dass die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von nicht akzeptablen Bauelementen größer wird als für konventionelle kleine Bauelemente (0,3 mm Kantenlänge bis 0,5 mm Kantenlänge), wenn dies aus statistischer Sicht betrachtet wird. Die vorliegende Erfindung zeigt jedoch, dass es möglich ist, großflächige LED mit hoher Ausbeute herzustellen.
  • 14 ist ein Graph, der die Abhängigkeit zwischen gemessenen Dicken d (μm) von prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschichten und der Scheibenverformung U (μm) der Proben 1 bis 11 angibt. o bezeichnet eine zulässige Probe. x bezeichnet eine nicht zulässige Probe. Die zugehörigen Zahlen sind die Nummern der Proben. Die vorliegende Erfindung lehrt, dass ein Bereich, der mit einem Pfeil zwischen 0,5 μm und 10 μm angegeben ist, als geeignete Dicke für die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Randschicht zu betrachten ist. Ein noch günstigerer Bereich ist d = 1 μm bis 3 μm. 15 zeigt eine Abhängigkeit zwischen gemessenen Dickenwerten d (μm) der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht und der Rate für das Auftreten von Rissen C (%). 16 zeigt die Abhängigkeit zwischen gemessenen Dickenwerten d (μm) der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschichten und den Bauteilproduktionsausbeutewerten Q (%).
  • [Probe 1 (Fe2O3; Gummischleifstein; d = 0,3 μm; Q = 52%)]
  • Es werden GaN-kreisförmige Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) mit einer Dicke von 850 μm einer planaren Bearbeitung unterzogen durch Schleifen der Unterseite (A) und Ätzen der Unterseite (B). Die GaN-Scheiben werden mittels eines Gummiverbundschleifsteins (C) mit Chloropren-Gummi (CR) als Bindematerial abgeschrägt. Da das Bindematerial Gummi ist, wird der Schleifstein als „Gummiverbundschleifstein” bezeichnet. Jedoch wird der Schleifstein manchmal auch als „Gummischleifstein” der Kürze halber bezeichnet, indem „Verbund” weggelassen wird. Die Schleifobjekte sind jedoch nicht der Gummi, sondern Diamantkörnchen. Gummi als Bindematerial kann nicht durch Bläschen angereichert werden. Somit beträgt die Porosität der Gummischleifsteine 0%. Harz als ein weiteres Bindematerial kann mit Bläschen versetzt werden. Gummi kann eine unterschiedliche Härte durch Variieren von Komponenten erhalten. Dieser Gummi des Schleifsteins besitzt eine Härte von 40.
  • Stationäre Schleifkörnchen sind eine Mischung aus Diamantkörnchen und Eisenoxid-(Fe2O3)Körnchen. Der Anteil der Oxidkörnchen (Fe2O3) beträgt 20 wt%. Der Rest aus 80% besteht aus Diamantkörnchen. Die Körnungszahl der Diamantkörnchen beträgt # 6000. Die Körnung gibt die mittlere Größe der Körnchen an. Eine größere Zahl der Körnung bedeutet einen kleineren Durchmesser der Körnchen.
  • #6000 bezeichnet feine Diamantkörnchen mit einem mittleren Durchmesser von 2,5 μm. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht, die sich durch die Randabschrägung ergibt, beträgt d = 0,3 μm. Die Randrauhigkeit der Scheibe nach der Randabschrägung beträgt Ra 0,03 μm. Die GaN-Scheiben nach der Randabschrägung werden weiter planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und Polieren der Vorderseite (E). Die Vorderseite wird zu einer ebenen Spiegelfläche. Die vordere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht, die durch die Prozesse (D) und (E) hervorgerufen wird, wird durch die Vorderseitensätzung (F) entfernt. Die Verformungshöhe U beträgt 20 μm. Die Rate für das Auftreten von Rissen C beträgt 9%. Risse bedeutet das Auftreten von Rissen, Absplitterungen oder Brüchen einer Scheibe bei einem Vorgang des Randabschrägens. Die Rate für das Auftreten von Rissen C (%) ist ein Verhältnis, das ermittelt wird, indem die Anzahl der Scheiben, die beim Vorgang des Randabschrägens Risse erhalten, aufsplittern oder brechen, durch die Gesamtanzahl der Scheiben geteilt und durch Multipli zieren mit 100 berechnet wird. Die letzte Zeile „Bauteilausbeute” Q wird erhalten, indem quadratische LED-Bauelemente mit 2 mm-Kantenlänge auf der GaN-Scheibe hergestellt werden, die Scheibe in LED-Chips unterteilt wird, die LED-Chips auf Auflageflächen aufgebracht werden, Elektroden durch Draht mit Anschlussstiften verbunden werden, ein Strom von 4 Ampere den LED's eingeprägt, die Lichtausgangsleistung gemessen, die Anzahl der zulässigen LED's über zwei Watt Ausgangsleistung gezählt und die Anzahl der zulässigen LED's durch die Gesamtzahl der geprüften LED's geteilt wird. Die Bauteilproduktionsausbeute Q der Probe 1 beträgt 52%. Die geringe Produktionsausbeute beeinträchtigt die Probe 1. Die Probe 1 sollte daher als nicht akzeptabel eingestuft werden. In den Figuren wird die Probe 1 mit einem „x” belegt, das eine Zurückweisung angibt. Es wird angenommen, dass eine zu geringe Dicke d = 0,3 μm der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht die Produktionsausbeute Q verringert. Es sind dickere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Randschichten wünschenswert. Die Verwendung von gröberen Schleifsteinen oder das Anwenden einer höheren Belastung vergrößert die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht.
  • [Probe 2 (Fe2O3; Gummischleifsteine; d = 0,5 mm; Q = 72%)]
  • Nach dem Schleifen der Rückseite (A) und dem Ätzen der Rückseite (B) werden kreisförmige GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) mit einer Dicke von 850 μm am Rand abgeschrägt mittels eines Gummiverbundschleifsteins (C) mit Chloropren-Gummi (CR) als Bindematerial. Die Porosität der Gummiverbundschleifsteine beträgt 0%. Dieser Gummi des Schleifsteins besitzt eine Härte von 40. Die stationären Schleifkörnchen sind eine Mischung aus Diamantschleifkörnchen und Eisenoxid-(Fe2O3)Körnchen. Der Anteil der Oxidkörnchen (Fe2O3) beträgt 20 wt%. Der Rest sind 80% Diamantkörnchen. Die Körnungszahl der Diamantkörnchen beträgt # 3000, was größer ist als für die Probe 1. Die mittlere Größe der Schleifkörnchen mit # 3000 beträgt ungefähr 5 μm. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht, die sich aus der Randabschrägung ergibt, beträgt d = 0,5 μm. Die Verwendung eines größeren Schleifsteines vergrößert die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht. Die Randrauhigkeit der Scheibe nach der Randabschrägung beträgt Ra 0,07 μm. Der gröbere Schleifstein vergrößert die Randrauhigkeit. Die GaN-Scheiben nach der Randabschrägung werden weiterhin planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und Polieren der Vorderseite (E). Die Vorderseite wird zu einer spiegelglatten Fläche. Die vordere prozesshervorgerufene beein trächtigte Schicht wird durch das Vorderseitenätzen (F) eliminiert. Die Verformungshöhe U, die eine Höhe vom Mittelpunkt zum Rand ist, beträgt 10 μm. Die Probe 2 ist im Vergleich zur Probe 1 hinsichtlich der Verformungshöhe U besser. Der Verformungskrümmungsradius beträgt R = 200 m. Die Rate für das Auftreten von Rissen C beträgt 40%, was weniger als die Hälfte der Probe 1 ist. Die Bauteilproduktionsausbeute Q, die durch Herstellen von quadratischen LED-Bauelementen mit 2 mm Kantenlänge auf der Scheibe, das Unterteilen der Scheibe in LED-Chips, das Montieren der LED-Chips auf Auflageflächen, das Verbinden von Elektroden mit Anschlussstiften durch Drähte, das Einprägen eines Stroms von 4 Amper in die LED's, das Prüfen der Lichtausgangsleistung, das Zählen der Anzahl zulässiger LED's mit über 2 W Ausgangsleistung und das Dividieren der Anzahl der zulässigen LED's durch die Gesamtzahl der geprüften LED's erhalten wird, beträgt 72%. Die hohe Produktionsausbeute zeigt, dass die Probe 2 geeignet ist. Die Probe 2 ist somit zulässig. In den Figuren wird die Probe 2 mit „o” belegt, was diese Probe als zulässige Probe bezeichnet. In den folgenden Figuren entspricht o einer zulässigen Probe und x einer zurückgewiesenen Probe. Die Randrauhigkeit der Probe 2 beträgt Ra = 0,07 μm, was rauer ist als in der Probe 1. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randrauhigkeit beträgt 0,5 μm, das größer ist als bei der Probe 1. Die hohe Ausbeute der Probe 2 führt zu einer geeigneten Randrauhigkeit und einer geeigneten Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht.
  • [Probe 3 (keine Oxidkörnchen; Gummischleifsteine; d = 1 μm; Q = 82%)]
  • Nach dem Schleifen der Rückseite (A) und dem Ätzen der Rückseite (B) werden kreisförmige GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) von einer Dicke von 850 μm am Rand abgeschrägt mittels eines Gummiverbundschleifsteins (C) mit Chloropren (CR) als Bindematerial. Die Porosität der Gummiverbundschleifsteine beträgt 0%. Dieser Gummi des Schleifsteines besitzt eine Härte von 40. Die stationären Schleifkörnchen sind ausschließlich Diamantkörnchen. Es werden keine Oxidkörnchen verwendet. Der Anteil der Oxidkörnchen beträgt 0 wt%. Alle Körnchen sind somit Diamantkörnchen. Die Körnungszahl der Diamantkörnchen beträgt # 3000, was gleich ist zur Probe 2. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht, die sich aus der Randabschrägung ergibt, beträgt d = 1 μm. Die Zunahme der mechanischen Schleifwirkung durch die 100% Diamantkörnchen vergrößert die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht. Die Randrauhigkeit der Scheiben nach der Randabschrägung beträgt Ra 0,15 μm. Die 100% Diamantkörnchen im Schleifstein vergrößert die Randrauhigkeit. Die GaN-Scheiben nach der Randabschrägung werden danach weiter planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und Polieren der Vorderseite (E). Die vordere Fläche wird zu einer spiegelglatte Fläche. Die vordere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht wird durch Vorderseitenätzung (F) entfernt. Die Verformungshöhe U beträgt 7 μm, was kleiner ist als für die Proben 1 und 2. Der Verformungskrümmungsradius beträgt R = 286 m. Eine Dicke von 1 μm der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht reduziert die Verformung. Die Rate für das Auftreten von Rissen C beträgt 2%, was kleiner ist als für die Proben 1 und 2. Die Bauteilproduktionsausbeute Q, die durch das Erzeugen von quadratischen LED-Bauelementen mit 2 mm Kantenlänge der Scheibe erhalten wird, beträgt 82%. Die Probe 2 ist zulässig. Die Dicke von 1 μm der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht (was größer ist als für die Proben 1 und 2) verbessert insgesamt die Verformung U, die Rate für das Auftreten von Rissen C und die Bauteilproduktionsausbeute Q in der Probe 3.
  • [Probe 4 (keine Oxidkörnchen; Gummischleifsteine; d = 2 μm; Q = 84%)]
  • Nach dem Rückseitenschleifen (A) und dem Rückseitenätzen (B) werden kreisförmige GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) und einer Dicke von 850 μm durch einen Gummiverbundschleifstein (C) mit Chloropren-Gummi (CR) als Bindematerial am Rand abgeschrägt. Die Porosität der Gummiverbundschleifsteine beträgt 0%. Dieser Gummi des Schleifsteins besitzt eine Härte von 45, was ein wenig härter ist als in den Proben 1, 2 und 3. Die stationären Schleifkörnchen sind ausschließlich Diamantschleifkörnchen. Es werden keine Oxidschleifkörnchen verwendet. Der Anteil der Oxidkörnchen beträgt 0 wt%. Es sind insgesamt nur Diamantkörnchen verwendet. Die Körnungszahl der Diamantkörnchen beträgt # 2000 (mittlerer Durchmesser 7 bis 8 μm), was gröber ist als in den Proben 1, 2 und 3. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht, die sich aus der Randabschrägung ergibt, beträgt d = 2 μm. Die Zunahme der mechanischen Schleifwirkung durch größere Diamantkörnchen vergrößert die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht. Die Randrauhigkeit der Scheiben nach der Randabschrägung beträgt Ra 0,5 μm. Der Schleifstein mit einem größeren Diamantkörnchen erhöht die Rauhigkeit. Die GaN-Scheiben nach der Randabschrägung werden danach weiter planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und Polieren der Vorderseite (E). Die Vorderseite wird zu einer ebenen Spiegelfläche. Die vordere prozessher vorgerufene beeinträchtigte Schicht wird durch Vorderseitenätzung (F) entfernt. Die Verformungshöhe U beträgt 6 μm. Der Verformungskrümmungsradius beträgt R = 333 m, was kleiner ist als bei den Proben 1, 2 und 3. Die Dicke von 2 μm der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht verringert die Verformung. Die Rate für das Auftreten von Rissen C beträgt 0%, was kleiner ist als für die Proben 1, 2 und 3. Die Dicke d = 2 μm der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht ergibt die minimale Rate für das Auftreten von Rissen C in allen Proben. Die Bauteilproduktionsausbeute Q, die durch Herstellen von quadratischen LED-Bauelementen mit 2 mm Kantenlänge auf der Scheibe wie bei den vorhergehenden Beispielen erhalten wird, beträgt 84%. Die Probe 4 ist zulässig. Die Dicke d = 2 μm der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht, die größer ist als für die Proben 1, 2 und 3, verbessert insgesamt die Verformung U, die Rate für das Auftreten von Rissen C und die Bauteilproduktionsausbeute Q in der Probe 4. Die Dicke d = 2 μm der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht ergibt das optimale Leistungsverhalten für alle Eigenschaften.
  • [Probe 5 (keine Oxidkörnchen; Gummischleifstein; d = 3 μm; Q = 85%)]
  • Nach dem Schleifen der Rückseite (A) und dem Ätzen der Rückseite (B) werden kreisförmige GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) und einer Dicke von 850 μm durch einen Gummiverbundschleifstein (C) mit Chloropren-Gummi (CR) als Bindematerial am Rand abgeschrägt. Die Porosität der Gummiverbundschleifsteine beträgt 0%. Dieser Gummi des Schleifsteines besitzt eine Härte von 50, was ein wenig härter ist als in den Proben 1 bis 4. Die stationären Schleifkörnchen sind ausschließlich Diamantkörnchen. Es werden keine Oxidkörnchen verwendet. Die Körnungszahl der Diamantkörnchen beträgt # 1500 (mittlerer Durchmesser 10 μm), was größer ist als in den Proben 1 bis 4. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht, die sich aus der Randabschrägung ergibt, beträgt d = 3 μm. Die Zunahme der mechanischen Schleifwirkung durch größere Diamantkörnchen vergrößert die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht. Die Randrauhigkeit der Scheiben nach der Randabschrägung beträgt Ra 1 μm. Der Schleifstein mit dem größeren Diamantkörnchen erhöht die Randrauhigkeit. Die GaN-Scheiben nach der Randabschrägung werden danach weiter planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und Polieren der Vorderseite (E). Die Vorderseite wird zu einer ebenen Spiegelfläche. Die vordere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht wird durch Vorderseitenätzung (F) entfernt. Die Verformungshöhe U beträgt 5 μm, was der ge ringste Wert der Proben 1 bis 5 ist. Der Verformungskrümmungsradius beträgt R = 400 m. Die Dicke von 3 μm der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht verringert die Verformung. Die Rate für das Auftreten von Rissen C beträgt 1%, was geringer ist als in den Proben 1, 2 und 3. Die Dicke d = 3 μm der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht ergibt ein gutes Ergebnis. Die Bauteilproduktionsausbeute Q, die durch Erzeugen von quadratischen LED-Bauelementen mit 2 mm Kantenlänge auf der Scheibe wie bei den vorhergehenden Proben erhalten wird, beträgt Q = 85%, was der beste Wert für alle Proben 1 bis 11 ist. Die Probe 5 ist zulässig. Die Dicke d = 3 μm der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht ist ein vorteilhafter Wert für die Unterdrückung der Verformung, die Vermeidung von Rissen und für die Bauteilausbeute.
  • [Probe 6 (keine Oxidkörnchen; Harzverbundschleifsteine; d = 6 μm; Q = 80%)]
  • Nach dem Schleifen der Rückseite (A) und dem Ätzen der Rückseite (B) werden kreisförmige GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) und einer Dicke von 850 μm mit einem Harzverbundschleifstein (C) mit Polyvinylalkohol (PVA) als Bindematerial am Rand abgeschrägt. Dies ist kein Gummiverbundschleifstein, sondern ein Harzverbundschleifstein, da das Bindematerial ein Harz ist (PVA). Reine Harzmaterialien sind auf Grund der Härte nicht geeignet. Die Härte des Harzverbundmaterials wird verringert durch Einfügen von Bläschen in dem PVA-Harz. Die Bläschenbildung verringert die Härte eines Harzes. Die Porosität der Harzverbundschleifsteine beträgt 40%. Eine hohe Porosität verleiht dem Harzverbundmaterial bzw. Bindematerial eine geeignete Elastizität. Die Härte des Harzes kann nicht mit dem gleichen Verfahren wie bei Gummi gemessen werden. Die stationären Schleifkörnchen sind ausschließlich Diamantkörnchen. Es werden keine Oxidkörnchen verwendet. Die Körnungszahl der Diamantkörnchen beträgt # 800 (mittlerer Durchmesser 19 μm), was größer ist als bei den Proben 1 bis 5. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht, die sich aus der Randabschrägung ergibt, beträgt d = 6 μm, was zwei mal so groß ist wie für die Probe 5 ist. Die Erhöhung der mechanischen Wirkung durch größere Diamantkörnchen vergrößert auch die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht. Die Randrauhigkeit der Scheiben nach der Randabschrägung beträgt Ra 3 μm. Der Schleifstein mit dem größeren Diamantkörnchen erhöht die Randrauhigkeit. Die GaN-Scheiben werden nach der Randabschrägung weiter planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und Polieren der Vorderseite (E). Die Vorderseite wird zu einer ebenen Spiegelfläche. Die vordere prozesshervorgerufene beein trächtigte Schicht wird durch Vorderseitenätzen (F) eliminiert. Die Verformungshöhe beträgt 5 μm (R = 400 m), was gleich ist zu der Probe 5 und was der kleinste Wert für die Proben 1 bis 6 ist. Das Minimum der Verformung U wird durch d = 4–5 μm erreicht. Da das d der Probe 6 größer ist als bei den Proben 1 bis 4, ist die Verformung kleiner als bei den Proben 1 bis 4. Die Rate für das Auftreten von Rissen C beträgt 2%, was kleiner ist als für die Proben 1 bis 2, größer ist als bei den Proben 4 bis 5 und gleich ist zur Probe 3. Ebenso wie Gummischleifsteine können bläschenenthaltende Harzverbundschleifsteine, die durch die Bläschen mit Elastizität versehen sind, das Auftreten von Rissen unterdrücken. Die Bauteilproduktionsausbeute Q, die durch Erzeugen von quadratischen LED-Bauelementen mit 2 mm Randlänge auf der Scheibe wie bei den vorhergehenden Proben erhalten wird, beträgt Q = 80%. Dies ist eine hohe Bauteilausbeute. Die Probe 6 ist zulässig. Ergebnisse der Proben 1 bist 6 deuten darauf hin, dass d = 1 μm bis 3 μm eine optimale Bedingung für das Unterdrücken von Rissen, das Vermeiden einer Verformung und eine Verbesserung der Bauteilausbeute bietet. Insbesondere ergibt sich für eine Dicke d = 2 μm der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht der beste Wert, um eine ausgeprägte Unterdrückung von Rissen und eine maximale Bauteilausbeute zu erreichen.
  • [Probe 7 (keine Oxidkörnchen; Gummischleifsteine; d = 10 μm; Q = 70%)]
  • Nach dem Schleifen der Rückseite (A) und dem Ätzen der Rückseite (B) werden kreisförmige GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 nm) und einer Dicke von 850 μm mittels eines Gummiverbundschleifsteins (C) mit Chloropren-Gummi (CR) als Bindematerial am Rand abgeschrägt. Die Porosität des Gummiverbundschleifsteins beträgt 0%. Der CR-Gummi besitzt eine Härte von 60, was härter ist als in den Proben 1 bis 5. Die stationären Schleifkörnchen sind ausschließlich Diamantkörnchen. Es werden keine Oxidkörnchen verwendet. Die Körnungszahl der Diamantkörnchen beträgt # 600 (mittlerer Durchmesser 25 μm), was größer ist als für die Proben 1 bis 6. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht, die sich aus der Randabschrägung ergibt, beträgt d = 10 μm, was der größte Wert unter den Proben 1 bis 7 ist. Die mechanische Wirkung durch größere Diamantkörnchen vergrößert die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht. Die Randrauhigkeit der Scheiben nach der Randabschrägung beträgt Ra 5 μm. Der Schleifstein mit den größeren Diamantkörnchen vergrößert die Randrauhigkeit. Die GaN-Scheiben nach der Randabschrägung werden weiter planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und Polieren der Vorderseite (E). Die Vorderseite wird zu einer ebenen Spiegelfläche. Die vordere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht wird durch Vorderseitenätzung (F) eliminiert. Die Verformungshöhe U beträgt 12 μm (R = 170 m), was größer ist als für die Proben 2 bis 6. Die Zunahme der Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht vergrößert die Verformung U für die Probe 6. Die Rate für das Auftreten von Rissen beträgt 5%, was kleiner ist als für die Probe 1 aber größer ist als bei den Proben 2 bis 6. In einem Bereich von d < 2 μm führt eine Verringerung von d zu einem Anstieg der Rate für das Auftreten von Rissen C, während eine Zunahme von d den Wert von C verringert. Die Rate für das Auftreten von Rissen C nimmt ein Minimum bei d = 2 μm an. In einem Bereich d > 2 μm führt eine Zunahme von d zu einem Anstieg der Rate für das Auftreten von Rissen C. Die Bauteilproduktionsausbeute Q, die durch das Herstellen von quadratischen LED-Bautelementen mit 2 mm Kantenlänge auf der Scheibe wie bei den vorhergehenden Proben erhalten wird, beträgt Q = 70%. Der große Wert von d = 10 μm verringert die Bauteilproduktionsausbeute Q in der Probe 7. Wenn 82% oder mehr der Bauteilproduktionsausbeute Q erforderlich ist (Q ≥ 82 μm), sollte die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht bei 1 μm ≤ d ≤ 3 μm liegen. Wenn 70% oder mehr für Q erforderlich ist, wird ein zulässiger Bereich von d auf 0,5 μm ≤ d ≤ 10 μm ausgedehnt. Im Falle von 0,5 μm ≤ d ≤ 10 μm ist die Probe 1 als zurückgewiesen (x) und die Proben 2 bis 7 sind als zulässig (o) zu bewerten. Die Proben 2 bis 5 und 7 zeigen, dass die Härte von 40 bis 60 ein optimaler Bereich für die Gummihärte der Gummischleifsteine ist.
  • [Probe 8 (keine Oxidkörnchen; Harzverbundschleifsteine; d = 13 μm; Q = 50%)]
  • Nach dem Schleifen der Rückseite (A) und dem Ätzen der Rückseite (B) werden kreisförmige GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) und einer Dicke von 850 μm mittels eines Harzverbundschleifsteins (C) mit Phenolharz als Bindematerial am Rand abgeschrägt. Dies ist kein Gummiverbundschleifstein, sondern ein Harzverbundschleifstein, da das Bindematerial ein Harz (Phenol) ist. Anders als bei der Probe 6 wird Phenolharz als Bindematerial eingesetzt. Das Phenolharzmaterial ist nicht mit Bläschen versehen. Die Porosität beträgt 0%. Die Härte kann nicht mittels eines Verfahrens für Gummi ermittelt werden. Die stationären Schleifkörnchen sind ausschließlich Diamantkörnchen. Es werden keine Oxidkörnchen verwendet. Die Körnungszahl der Diamantkörnchen beträgt # 600 (mittlerer Durchmesser 25 μm), was größer ist als für die Proben 1 bis 6 und gleich ist zu der Probe 7. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht, die sich aus der Randabschrägung ergibt, beträgt d = 13 μm, was der größte Wert unter den Proben 1 bis 8 ist. Obwohl die Körnungszahl gleich ist zu der Probe 7, ist das keine Bläschen aufweisende Phenolharz härter als der CR-Gummi der Probe 7. Die mechanische Wirkung des härteren Phenolharzes vergrößert die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht gegenüber der Probe 7. Die Randrauhigkeit der Scheibe nach der Randabschrägung beträgt Ra 7 μm. Das härtere Phenolharzmaterial und die größeren Diamantkörnchen führen zu der größeren Randrauhigkeit. Die GaN-Scheiben nach der Randabscheidung werden danach weiter planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und Polieren der Vorderseite (E). Die Vorderseite wird zu einer ebenen Spiegelfläche. Die vordere prozesshervorgerufenhe beeinträchtigte Schicht wird durch Vorderseitenätzung (F) entfernt. Die Verformungshöhe U beträgt 25 μm (R = 80 m). Die Rate für das Auftreten von Rissen C beträgt 12%, was größer ist als für die Proben 1 bis 7. Diese Tatsache bedeutet, dass Phenolharz ohne Bläschen zu einer höheren Rate für das Auftreten von Rissen auf Grund der Härte führt. Die Bauteilproduktionsausbeute Q, die durch Erzeugen von quadratischen LED-Bauelementen mit 2 mm Kantenlänge auf der Scheibe wie bei den vorhergehenden Proben erhalten wird, beträgt Q = 50%. Wenn 70% oder mehr für Q erforderlich sind, ist die Probe 8 als unzulässig zu bewerten.
  • Die Proben 1 bis 8 lehren, dass ein zulässiger Bereich für d = 0,5 μm bis 10 μm im Hinblick auf das Unterdrücken der Verformung und der Rissbildung und im Hinblick auf die Verbesserung der Bauteilausbeute ist. Ein noch günstigerer Bereich ist d = 1 bis 3 μm für die Dicke der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht.
  • [Probe 9 (keine Oxidkörnchen; Metallverbundschleifsteine (Cu-Sn); d = 18 μm; Q = 20%)]
  • Nach dem Schleifen der Rückseite (A) und dem Ätzen der Rückseite (B) werden kreisförmige GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) und der Dicke von 850 μm mittels eines Metallverbundschleifsteins (C) mit einer Cu-Si (Kupfer/Zinn-Legierung) als Bindematerial am Rand abgeschrägt. Da das Bindematerial Metall ist, ist dies ein Metallverbundschleifstein. Die Porosität beträgt 0%. Die Härte ist höher als beim CR-Gummi. Die stationären Schleifkörnchen sind ausschließlich Diamantkörnchen. Es werden keine Oxidkörnchen verwendet. Die Körnungszahl der Diamantkörnchen beträgt # 600 (mittlerer Durchmesser 25 μm), was größer ist als für die Proben 1 bis 6 und gleich ist zu den Proben 7 bis 9. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht, die sich aus der Randabschrägung ergibt, beträgt d = 18 μm, was der größte Wert unter den Proben 1 bis 9 ist. Obwohl die Diamantkörnungszahl für die Proben 7 und 8 gleich ist, ist das Bindematerial Cu-Sn-Legierung für Probe 9 härter als der Gummi oder das Harz der Proben 7 bis 8. Die mechanische Wirkung des Bindemetalls erhöht die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht gegenüber den Proben 7 bis 8. Die Randrauhigkeit der Scheiben nach der Randabschrägung beträgt Ra 8 μm. Die größeren Diamantkörnchen und das härtere Metallbindematerial vergrößern die Randrauhigkeit. Die GaN-Scheiben nach der Randabschrägung werden danach weiter planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und Polieren der Vorderseite (E). Die Vorderseite wird zu einer ebenen Spiegelfläche. Die vordere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht wird durch Vorderseitenätzung (F) entfernt. Die Verformungshöhe U beträgt 50 μm (R = 40 m). Die Rate für das Auftreten von Rissen C beträgt 26%, was höher ist als für die Proben 1 bis 8. Die Bauteilproduktionsausbeute Q, die durch Erzeugen von quadratischen LED-Bauelementen mit 2 mm Kantenlänge auf der Scheibe wie bei den vorhergehenden Proben erhalten wird, beträgt Q = 20%, was extrem gering ist. Die Probe 9 ist somit als unzulässige Probe zu erachten.
  • Die Proben 1 bis 9 lehren, dass ein Bereich von d = 2 μm bis 6 μm eine minimale Verformung ergibt. Oberhalb von d = 6 μm steigt die Verformung U mit d an. Die Rate für das Auftreten von Rissen nimmt ihren minimalen Wert bei d = 2 μm an. Über d = 2 μm steigt die Rate für das Auftreten von Rissen C mit einer Zunahme von d an. Die Bauteilproduktionsausbeute Q ist in dem Bereich von d = 1 μm bis 3 μm hoch. Über d = 3 μm und unterhalb d = 1 μm ist Q klein.
  • [Probe 10 (Fe2O3 Körnchen; Metallverbundschleifstein (Cu-Sn); d = 13 μm; Q = 52%)]
  • Nach dem Schleifen der Rückseite (A) und dem Ätzen der Rückseite (B) werden kreisförmige GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) und einer Dicke von 850 μm mittels eines Metallverbundschleifsteins (C) mit einer Cu-Sn (Kupfer/Zinn) Legierung als Bindematerial am Rand abgeschrägt. Die Porosität beträgt 0%. Die Härte der Cu-Sn-Legierung ist größer als die des CR-Gummis. Die stationären Schleifkörnchen sind eine Mischung aus Diamantkörnchen und Fe2O3-(Eisenoxid)Körnchen. Die Mischung besteht aus 80 wt% Diamantkörnchen, 20 wt% Fe2O3-Körnchen. Die Körnungszahl der Diamantkörnchen beträgt # 3000 (mittlerer Durchmesser 5 μm), was gleich ist zur Probe 2. Das Mischungsverhältnis ist identisch zur Probe 2. Der Unterschied zur Probe 2 besteht im Bin dematerial. Das Bindematerial der Probe 2 ist CR (Chloropren-Gummi). Das Bindematerial der Probe 10 ist eine Cu-Sn-Legierung. Die Probe 2 und die Probe 10 geben Klarheit über den Unterschied zwischen der Randabschrägung durch einen Gummiverbundschleifstein und einen Metallverbundschleifstein. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht, die sich durch die Randabschrägung ergibt, beträgt d = 13 μm. Die Dicke d = 13 μm der Probe 10 ist geringer als die der Probe 9 (d = 18 μm), die durch den gleichen Metallverbundschleifstein zur Randabschrägung bearbeitet wurde. Die Abnahme von d ergibt sich aus der Verwendung feinerer Diamantkörnchen der Probe 10. Der Grund, warum d = 13 μm der Probe 10 größer ist als d = 0,5 μm der Probe 2, ergibt sich aus dem Unterschied zwischen dem Gummibindematerial und dem Metallbindematerial. Trotz der gleichen Körnungszahl und dem gleichen Mischungsverhältnis besitzen die Proben 2 und 10 unterschiedliche Dicken, d. h. d = 0,5 μm und d = 13 μm. Dieses Ergebnis zeigt an, dass Gummiverbundschleifsteine mit erhöhter Elastizität die besseren Schleifsteine für die Randabschrägung sind. Die Randrauhigkeit der Scheiben nach der Randabschrägung beträgt Ra 1 μm. Feinere Diamantkörnchen und weichere Oxidkörnchen verringern die Randrauhigkeit. Das Metallbindematerial erhöht die Randrauhigkeit gegenüber der Probe 2. Die GaN-Scheiben nach der Randabschrägung werden danach weiter planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und Polieren der Vorderseite (E). Die Vorderseite wird zu einer ebenen Spiegelfläche. Die vordere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht wird durch Vorderseitenätzung (F) eliminiert. Die Verformungshöhe U beträgt 28 μm (R = 80 m). Die Rate für das Auftreten von Rissen C beträgt 14%, was größer ist als für die Proben 1 bis 8, jedoch kleiner ist als für die Probe 9. Die Probe 10 erklärt uns, dass Metallverbundschleifsteine mit hartem Bindematerial für die Randabschrägung ungeeignet sind, auch wenn feine Diamantkörnchen verwendet werden. Die Bauteilproduktionsausbeute Q, die durch das Herstellen quadratischer LED-Bauelement mit einer Kantenlänge von 2 mm auf der Scheibe wie bei den vorhergehenden Beispielen erhalten wird, beträgt Q = 52%. Dies ist eine geringe Ausbeute. Die Ausbeutewerte Q von 82% und höher erfordern einen optimalen Bereich von 1 μm ≤ d ≤ 3 μm. 70% und mehr für Q erfordern einen geeigneten Bereich von 0,5 μm ≤ d ≤ 10 μm. Die Probe 10 ist gemäß dem Fall mit 70% und mehr als unzulässig zu erachten. 50% oder mehr für Q ermöglichen einen weiteren Bereich von 0,3 μm ≤ d ≤ 13 μm.
  • [Probe 11 (keine Oxidkörnchen; Elektroabscheidungsschleifsteine (Ni); d = 16 μm; Q = 35%)]
  • Nach dem Schleifen der Rückseite (A) und dem Ätzen der Rückseite (B) werden kreisförmige GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) und einer Dicke von 850 μm mittels eines Diamant-Elektroabscheidungs-Schleifsteines (C) mit Nickel (Ni) als Bindematerial am Rand abgeschrägt. Dies ist ein Elektroabscheidungsschleifstein. Die Porosität beträgt 0%. Die Härte des Nickels (Ni) ist höher als die des CR-Gummis. Die stationären Schleifkörnchen sind 100% Diamantkörnchen. Der Schleifstein enthält keine Oxidkörnchen. Die Körnungszahl der Diamantkörnchen beträgt # 3000 (mittlerer Durchmesser 5 μm), was dem Wert entspricht wie in der Probe 10. Der Unterschied zur Probe 10 besteht darin, dass die Probe 11 kein Oxid enthält und ein anderes Bindematerial aufweist. Die Diamantkörnchen werden elektrochemisch auf einer Basisscheibe aufgebracht. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht, die sich aus der Randabschrägung ergibt, beträgt d 16 μm. Die Dicke d = 16 μm der Probe 11 ist größer als bei der Probe 10 (d = 13 μm). Die Zunahme von d ergibt sich aus einer Zunahme der Steifigkeit durch Elektroabscheidung und auf Grund des höheren Diamantkörnchenanteils. Die Randrauhigkeit der Scheiben nach der Randabschrägung beträgt Ra 2 μm. Kleinere Diamantkörnchen verringern die Randrauhigkeit. Die Elektroabscheidung erhöht jedoch die Randrauhigkeit gegenüber den Proben 3 und 10. Die GaN-Scheiben nach der Randabschrägung werden daraufhin weiter planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und Polieren der Vorderseite (E). Die Vorderseite wird eine ebene Spiegelfläche. Die vordere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht wird durch Vorderseitenätzung (F) entfernt. Die Verformungshöhe U beträgt 43 μm (R = 46 m). Die Rate für das Auftreten von Rissen C beträgt 22%. Die Probe zeigt die zweit höchste Verformung U und die Rate für das Auftreten von Rissen C neben der Probe 9. Diese Tatsache weist auf eine starke Abhängigkeit zwischen d und U/C hin. Die Probe 11 lehrt uns, dass Elektroabscheideschleifsteine, selbst wenn diese mit feinen Diamantkörnchen versehen sind, für die Randabschrägung auf Grund der hohen Steifigkeit ungeeignet sind. Die Bauteilproduktionsausbeute Q, die durch Erzeugen von quadratischen Elektroden-Bauelementen mit 2 mm Kantenlänge auf der Scheibe wie in den vorhergehenden Proben erhalten wird, beträgt Q = 35%. Dies ist eine sehr geringe Ausbeute. Die Probe 11 gilt als nicht akzeptabel.
  • Die Proben 1 bis 11 zeigen, dass die Randrauhigkeit keine direkte Abhängigkeit zu d besitzt, sondern von der Größe und dem Anteil der Diamantkörnchen abhängt. Die Randrauhigkeit Ra wird mit zunehmender Größe der Diamantkörnchen (kleinere Körnungszahl #) größer. Der Einbau von Oxidkörnchen in die Schleifsteine ergibt eine Randrauhigkeit Ra, die kleiner ist als bei 100% Diamantkörnchen. Die Proben 2, 3, 10 und 11 zeigen auch, dass das Gummibindematerial die geringste Randrauhigkeit ergibt und dass die Metallbindung oder die Elektroabscheidung keinen Einfluss auf die Randrauhigkeit ausüben. Es gibt keine strenge Abhängigkeit zwischen der Randrauhigkeit Ra, der Verformung U, der Rate für das Auftreten von Rissen C und der Produktausbeute Q. Was die Verformung U, die Rate für das Auftreten von Rissen C und die Produktausbeute Q bestimmt, ist die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht. Der signifikanteste Parameter ist d.
  • Eine Bauteilausbeute Q von 70% oder höher erfordert d = 0,5 μm bis 10 μm für die Dicke der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht (16). Eine Bauteilausbeute Q von 82% oder höher erfordert eine Dicke d = 1 μm bis 3 μm der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht. Der Bereich von d = 3 μm bis 6 μm minimiert die Verformung (14). Der Wert d = 2 μm minimiert die Rate für das Auftreten von Rissen C (15). Diese Werte von d stimmen mit dem Bereich von d überein, der eine hohe Bauteilausbeute ergibt. Ein Bereich von d = 0,5 μm bis 10 μm ergibt eine hohe Bauteilausbeute Q, eine geringe Rate für das Auftreten von Rissen C und eine geringe Verformung U. Ein noch vorteilhafterer Bereich ist d = 1 μm bis 3 μm.
  • Eine Zunahme des Anteils und der Größe der Diamantkörnchen vergrößert die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht. Größere Dickenwerte für d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht werden durch Schleifsteine mit Elektroabscheidung, Metallbindematerial, Harzbindematerial und Gummibindematerial in dieser Reihenfolge hervorgerufen. Weiche Gummiverbundschleifsteine sind geeignet, um ein d von 0,5 μm bis 10 μm in der Dicke der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht zu erzeugen. Weiche mit Bläschen versehene Harzverbundschleifsteine sind geeignet, um ein d von 0,5 μm bis 10 μm zu erzeugen (Probe 6). Geeignete Körnungsgrößen für die Diamantkörnchen sind # 3000 bis # 600. Eine Verringerung des Diamantanteils und eine Erhöhung des Oxidanteils wirken so, dass d weiter reduziert wird. Oxidkörnchen erzeugen weiche Schichten auf Oberflächen aus Nitrid durch chemische Reaktion. Oxidkörnchen ermöglichen eine Randabschrägung, wobei die Last verringert wird und wobei das Erzeugen einer prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht unterdrückt wird. Ein Oberflächenrauhigkeitsbereich Ra 0,07 μm bis Ra 5,0 μm entspricht einem Dickenbereich von d = 0,5 μm bis 10 μm. Ein schmälerer Bereich für die Randrauhigkeit von 0,15 μm bis Ra 1 μm entspricht einem weiteren Dickenbereich von d = 1,0 μm bis 3 μm.
  • In 14 ergeben Dickenwerte d von 10 μm oder größer der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschichten eine Verformung von über 12 μm. Eine Dicke d von 0,3 μm oder kleiner für die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Randschicht erhöht die Verformung auf über 30 μm. Diese Tatsache bedeutet, dass die Dickenwerte d von 0,5 μm bis 10 μm eine Verformung unterhalb 12 μm erreichen. Die Dickenwerte d von 1 μm bis 3 μm können eine Verformung im Bereich von 7 μm bis 5 μm halten.
  • Wie in 15 gezeigt ist, wird durch Dickenwerte d von 10 μm oder mehr der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht ein Anstieg der Raten für das Auftreten von Rissen auf über 5% erhöht. Bei Dickenwerten von d mit 0,3 μm und weniger der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschichten verschieben die Raten für das Auftreten von Rissen auf über 9%. Raten für das Auftreten von Rissen von 5% bis 0% erfordern ein d von 0,5 μm bis 10 μm. Raten für das Auftreten von Rissen von 2% bis 0% werden durch ein d von 1 μm bis 3 μm erreicht.
  • In 16 wird durch Dickenwerte d von 10 μm oder mehr der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschichten eine geringere Bauteilproduktionsausbeute Q unter 70% erhalten. Bei einer Dicke von 0,3 μm oder darunter der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschichten liegt das Q unter 52%. Ein geeigneter Bereich von d = 0,5 μm bis 10 μm kann 70% oder mehr an Bauteilproduktionsausbeute Q ermöglichen. Gemäß einem noch günstigeren Bereich von d = 1 μm bis 3 μm kann die Bauteilproduktionsausbeute Q auf über 82% gesteigert werden.
  • [Vorgehensweise 3]
  • [Vorgehensweise 3; Proben 12 bis 18: Tabelle 2: 17, 18, 19, 20, 28, 29]
  • In den Proben 12 bis 18 sind die Diamantkörnchengröße # 1000 und die Gummiwerte auf 50 festgelegt. Die Proben 12 bis 18 dienen zur Untersuchung der Randsauerstoffkonzentration, der Schädigung bei der Weiterbearbeitung und der Bauteilproduktionsausbeute beim Randabschrägen von Scheiben mit variierenden Oxiden und Oxidanteilen. Die Vorbereitung der Scheiben, die Reihenfolgen der Bearbeitungsschritte und Verfahren für die Bauteilherstellung der Ausführungsform 3 sind ähnlich zur Ausführungsform 2. Die Ausführungsform dient zur Untersuchung, wie die Randsauerstoffkonzentration die Scheibenherstellung und die Bauteilherstellung beeinflusst. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Experimente. Die Randsauerstoffkonzentration wird als Atomprozent (at%) bezeichnet. Die Schädigung bedeutet das Auftreten eines Risses oder eines Bruches von Rändern während der planaren Bearbeitung (Schleifen und Polieren). Die Bauteilproduktionsausbeute Q ist das Verhältnis der Anzahl der akzeptablen Bauelemente zur Anzahl der gesamten Bauelemente, die bewertet werden, indem quadratische LED's mit 2 mm Kantenlänge auf der Scheibe hergestellt, die LED's in ein Gehäuse eingebracht, die LED's mit einem Strom von 4 Ampere beaufschlagt, die Lichtleistung gemessen und die Lichtleistung oberhalb und unterhalb von 2 W geprüft wird. [Tabelle 2]
    Probe 12 Probe 13 Probe 14 Probe 15 Probe 16 Probe 17 Probe 18
    Randbearbeitung Bindematerial Art Gummi Gummi Gummi Gummi Gummi Gummi Gummi
    Materialien CR CR CR CR CR CR CR
    Gummihärte 50 50 50 50 50 50 50
    Porosität (vol%) 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0%
    Schleifkörnchen Diamant (Körnungszahl) 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000
    Oxid - Fe2O3 Cr2O3 Fe2O3 Cr2O3 MnO2 Fe2O3
    Oxidanteil (wt%) - 20 20 30 30 40 60
    Scheibeneigenschatten Dicke d (μm) der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht 5 2,5 2 2 1,5 1,5 1
    Rauhigkeit Ra (μm) 1,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
    Sauerstoffkonzentration O (at%) 1 3 5 10 15 20 25
    Rate für das Auftreten von Schäden p (%) 25 5 3 2 3 5 15
    Bauteil Produktionsausbeute Q (%) 73 78 85 84 85 80 61
  • Bei der Randabschrägung sind Dickenwerte von d = 0,5 μm bis 10 μm der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschichten wirksam, um die Raten für das Auftreten von Rissen C zu verringern und die Bauteilproduktionsausbeute Q zu erhöhen. Dickenwerte von d = 1 μm bis 3 μm der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschichten sind vorteilhafter. Die Proben 1 bis 11 zeigen, dass elastische Gummimaterialien optimale Bindematerialien sind und das weiche mit Bläschen versehene Harze geeignet sind. Die Proben 1 bis 11 zeigen geeignete Bindematerialien auf. Die Problematik im Hinblick auf geeignete stationäre Körnchen ist nicht vollständig geklärt. Ein Schleifstein mit 100% Diamantkörnchen ist möglich (Proben 3 bis 7). Ein weiterer Schleifstein mit einer Mischung aus Diamantkörnchen und Oxidkörnchen ist geeignet (Probe 2). Eine mittlere Körnungszahl zwischen den Proben 5 und 6 beträgt # 1000. In der Ausführungsform 3 werden Scheiben am Rand abgeschrägt durch Schleifsteine aus einer Mischung aus Diamantkörnchen der Körnung # 1000 und Oxidkörnchen. Nach der Randabschrägung erfolgt eine planare Bearbeitung, d. h. das Schleifen der Vorderseite, das Polieren der Vorderseite und das Ätzen der Vorderseite. In der Ausführungsform 2 wird die Häufigkeit des Auftretens von Schäden und die endgültige Bauteilausbeute untersucht. Ein „Riss” bedeutet eine Splitterung am Rand oder ein Bruch, der während der Randabscheidung auftritt. „Eine Schädigung bzw. Aufsplitterung” bedeutet eine Splitterung am Rand oder einen Bruch, die während der folgenden planaren Bearbeitungsschritte auftreten. Oxidkörnchen können eine Belastung verringern, die auf einen Rand bei der Randabschrägung einwirkt, indem weiche Schichten auf Oberflächen aus Nitrid mittels chemischer Reaktionen gebildet werden. Zusätzlich zu dem Vorteil besitzen die oxidierten Schichten die Funktion, dass die Schädigung in der planaren Bearbeitung unterdrückt wird. Die Randabschrägung mittels Schleifsteines mit Oxidkörnchen führt zur Oxidbildung an Rändern von Scheiben. Das Vorhandensein von Oxiden verleiht den Scheiben eine bessere Festigkeit. Die durch das Oxid hervorgerufene Festigkeit verringert das Auftreten von Schädigungen in den planaren Bearbeitungsschritten.
  • Um die Funktion der Oxide zu bestätigen, werden in der Ausführungsform 3 Scheiben mittels Schleifsteinen mit unterschiedlichen Arten und Mengen an Oxidkörnchen am Rand abgeschrägt. Zum Unterscheiden der Wirkung von Oxiden ist das Bindematerial auf Chloropen-Gummi (CR) festgelegt. Die Härte ist auf 50 eingestellt. Die Größe von Diamantkörnchen ist auf # 1000 festgelegt. Die Variablen sind die Art und die Menge der Oxide. 17 zeigt eine Abhängigkeit zwischen dem Verhältnis der Diamantkörnchen (100 wt% bis 40 wt%) und den Oxidkörnchen (0 wt% bis 60 wt%) und der Randsauerstoffkonzentration nach der Randabschrägung in den Proben 12 bis 18.
  • 18 zeigt die Abhängigkeit zwischen dem Verhältnis von Diamantkörnchen (100 wt% bis 40 wt%) und Oxidkörnchen (0 wt% bis 60 wt%) und der Dicke d (μm) der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschichten nach der Randabschrägung in den Proben 12 bis 18. 19 zeigt einen Graphen, der die Abhängigkeit zwischen dem Verhältnis von Diamantkörnchen (100 wt% bis 40 wt%) und Oxidkörnchen (0 wt% bis 60 wt%) und der Rate für das Auftreten von Schädigungen p (%) in planaren Berarbeitungsschritten nach der Randschrägung in den Proben 12 bis 18 darstellt. 20 ist ein Graph, der die Abhängigkeit zwischen dem Verhältnis von Diamant (100 wt% bis 40 wt%) und Oxid (0 wt% bis 60 wt%) der Körnchen und der Bauteilproduktionsausbeute Q (%) in den Proben 12 bis 18 darstellt. Die 28 ist ein Graph, der eine Abhängigkeit zwischen der Randsauerstoffkonzentration (wt%) und der Rate für das Auftreten von Schädigungen (at%) in planaren Bearbeitungsschritten nach der Randabschrägung in den Proben 12 bis 18 angibt. 29 ist ein Graph, der eine Abhängigkeit zwischen der Randsauerstoffkonzentration (at%) und der Bauteilproduktionsausbeute Q (%) angibt.
  • [Probe 12 (keine Oxidkörnchen; Gummischleifsteine; d = 5 μm; p = 25%; Q = 73%)]
  • Nach dem Schleifen der Rückseite (A) und dem Ätzen der Rückseite (B) werden kreisförmige GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) und einer Dicke von 850 μm mittels eines Chloropren-Gummi-(CR)Verbundschleifsteins (C) am Rand abgeschrägt. Die Porosität beträgt 0%. Die Gummihärte beträgt 50. Die stationären Schleifkörnchen sind 100% Diamantkörnchen mit einer Körnung # 1000 (mittlerer Durchmesser 15 μm). Der Schleifstein enthält keine Oxidkörnchen. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht, die sich aus der Randabschrägung ergibt, beträgt d = 5 μm. Die Randrauhigkeit der Scheiben nach der Randabschrägung beträgt Ra 1,5 μm. Die GaN-Scheiben nach der Randabschrägung werden danach weiter planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und Polieren der Vorderseite (E). Die Vorderseite wird zu einer ebenen Spiegelfläche. Die vordere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht wird durch Vorderseitenätzung (F) eliminiert. Die Randsauerstoffkonzentration beträgt O = 1 at%. Der Randsauerstoff entstand nicht von Schleifsteinkörnchen, sondern resultiert aus einer Situation beim Ätzen, von den planaren Bearbeitungsschritten, dem Spülen oder einer natürlichen Oxidation in der Atmosphäre. Die Rate für das Auftreten von Schäden beträgt p = 25%. 25% der Scheiben sind nicht verwendbar. Die Bauteilproduktionsausbeute Q, die durch Erzeugen von quadratischen LED-Bauelementen mit einer Kantenlänge von 2 mm auf der Scheibe wie bei den vorhergehenden Proben erhalten wird, beträgt Q = 73%. Dies ist eine hohe Ausbeute. Die Probe 12 ist zu lässig. Jedoch ist eine derartige hohe Schädigungsrate von p = 25% nicht wünschenswert. Es ist eine Verbesserung erforderlich, um die Schädigungsrate zu verringern.
  • [Probe 13 (20 wt% Fe2O3 Körnchen; Gummischleifsteine; d = 2,5 μm; p = 5%; Q = 78%)]
  • Nach dem Schleifen der Rückseite (A) und dem Ätzen der Rückseite (B) werden kreisförmige GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) mit einer Dicke von 850 μm am Rand abgeschrägt (C) durch einen Gummischleifstein, an dem 80 wt% Diamantkörnchen mit # 1000 (mittlerer Durchmesser 15 μm) und 20 wt% F2O3 Körnchen mittels Chloropren-Gummi (CR) befestigt sind. Die Porosität beträgt 0%. Die Gummihärte beträgt 50. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht, die sich aus der Randabschrägung ergibt, beträgt d = 2,5 μm. Die Randrauhigkeit der Scheiben nach der Abschrägung beträgt Ra 0,5 μm. Die Dicke d ist im Vergleich zur Probe 12 um die Hälfte kleiner. Die Reduzierung der Diamantkörnchen verringert die mechanische Wirkung des Schleifens, was zu einem kleineren d führt. Die Randrauhigkeit ist kleiner als bei der Probe 12. Die Oxidkörnchen mit einer chemischen Funktion glätten den Rand. Die GaN-Scheiben nach der Randabschrägung werden danach planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und Polieren der Vorderseite (E). Die Vorderseite wird zu einer ebenen Spiegelfläche. Die vordere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht wird durch Vorderseitenätzung (F) eliminiert. Die Randsauerstoffkonzentration beträgt O = 3 at%, was drei mal so hoch ist wie bei der Probe 12 (O = 1 at%). Der überschüssige Randsauerstoff stammt von den Oxidschleifkörnchen. Die Rate für das Auftreten von Schädigungen beträgt p = 5%. Die Rate für das Auftreten von Schädigungen wird auf ein Fünftel der Probe 12 (p = 25%) verringert. Das Vorhandensein von Oxiden an dem Rand verringert die Rate für das Auftreten von Schäden p. Die chemische Wirkung der Oxidkörnchen verringert die inneren Schäden während der Randabschrägung und reduziert eine Schädigung der Scheiben. Andere Proben mit verbleibendem Sauerstoff an den Rändern besitzen ähnliche Vorteile für die Verringerung der inneren Verspannung und verhindern ein Splittern der Scheiben bei der weiteren Bearbeitung. Die Bauteilproduktionsausbeute Q, die durch Erzeugen von quadratischen LED-Bauelementen mit 2 mm Kantenlänge auf der Scheibe ähnlich wie bei den vorhergehenden Proben erhalten wird, beträgt Q gleich 78%. Dies ist eine hohe Ausbeute. Die Probe 13 mit der geringen Rate für das Auftreten von Schäden und mit einer hohen Bauteilausbeute ist eine zulässige Probe.
  • [Probe 14 (20 wt% Cr2O3-Körnchen; Gummischleifsteine; d = 2 μm; p = 3%; Q = 85%)]
  • Nach dem Schleifen der Rückseite (A) und dem Ätzen der Rückseite (B) werden kreisförmige GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) und einer Dicke von 850 μm am Rand abgeschrägt (C) mittels eines Gummischleifsteins, an dem 80 wt% Diamantkörnchen mit # 1000 (mittlerer Durchmesser 15 μm) und 20 wt% Cr2O3 Körnchen durch Chloropren-Gummi (CR) befestigt sind. Die Porosität beträgt 0%. Die Gummihärte beträgt 50. Was sich von der Probe 13 unterscheidet, ist die Verwendung stationärer Körnchen aus Cr2O3 anstelle von Fe2O3. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht, die sich aus der Randabschrägung ergibt, beträgt d = 2 μm. Die Randrauhigkeit der Scheiben mit abgeschrägtem Rand beträgt Ra 0,5 μm. Die Dicke d und die Randrauhigkeit Ra sind im Vergleich zur Probe 12 geringer. Eine Verringerung der Diamantkörnchen vermindert die mechanische Wirkung des Schleifens, was zu einer Verringerung von d und Ra führt. Oxidkörnchen mit einer chemischen Wirkung glätten den Rand. Die GaN-Scheiben werden nach der Randabschrägung weiter planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und das Polieren der Vorderseite (E). Die Vorderseite wird zu einer ebenen Spiegelfläche. Die vordere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht wird durch Vorderseitenätzung (F) entfernt. Die Randsauerstoffkonzentration beträgt O = 5 at%, was das Fünffache ist der Proben 12 und das 1,7 fache der Probe 13. Da die Randabschrägung unter Anwendung von Schleifsteinen mit Oxidkörnchen stattfindet, ist die Randsauerstoffkonzentration hoch. Der überschüssige Randsauerstoff stammt von den Oxid-Schleifkörnchen. Der Vergleich der Proben 14 und 13 lehrt, dass Cr2O3 eine größere oxidierende Wirkung hat als Fe2O3. Die Rate für das Auftreten von Randschäden beträgt p = 3%. Die Rate für das Auftreten von Schäden wird auf 1/8 der Probe 12 verringert (p = 25%). Das Vorhandensein von Oxiden am Rand verringert die Rate für das Auftreten von Bruchstellen bei der Nachbearbeitung p. Kleine Raten für die Schädigung bei der Nachbearbeitung sind ein Vorteil der Verwendung von Oxidkörnchen. Eine hohe Randsauerstoffkonzentration, die höher als in der Probe 13 ist, verringert die Rate für das Auftreten von Randschäden in der Probe 14. Die Bauteilproduktionsausbeute Q, die durch Erzeugen von quadratischen LED- Bauelementen mit einer Kantenlänge von 2 mm auf der Scheibe wie bei den vorhergehenden Proben erhalten wird, beträgt Q = 85%. Dies ist eine sehr hohe Ausbeute. Die Probe 14 ist mit einer geringen Rate für das Auftreten von Randschäden und einer hohen Bauteilausbeute als sehr vielversprechend einzustufen.
  • [Probe 15 (30 wt% Fe2O3-Körnchen; Gummischleifsteine; d = 2 μm; p = 2%; Q = 84%)]
  • Nach dem Schleifen der Rückseite (A) und dem Ätzen der Rückseite (B) werden die kreisförmigen GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) und einer Dicke von 850 μm am Rand abgeschrägt (C) mittels eines Gummischleifsteins, an dem 70 wt% Diamantkörnchen mit einem # 1000 (mittlerer Durchmesser 15 μm) und 30 wt% Fe2O3-Körnchen mittels Chloropren-Gummi (CR) befestigt sind. Die Porosität beträgt 0%. Die Gummihärte beträgt 50. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht, die aus der Randabschrägung ergibt, beträgt d = 2 μm. Die Randrauhigkeit der Scheiben nach der Randabschrägung beträgt Ra 0,5 μm. Die Dicke d (2 μm) und die Randrauhigkeit Ra (0,5 μm) sind ähnlich wie in der Probe 14. In der Probe 15 werden Fe2O3-Körnchen wie in der Probe 13 verwendet. Der Oxid-(Fe2O3)Anteil der Probe 15 beträgt 30%, was höher ist als bei der Probe 13 mit 10%. Ein kleinerer Anteil an Diamantkörnchen der Probe 15 schwächt die mechanische Wirkung, verringert die Dicke d und senkt die Randrauhigkeit Ra. Oxidkörnchen mit einer chemischen Wirkung glätten den Rand. Die GaN-Scheiben nach der Randabschrägung werden dann weiter planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und Polieren der Vorderseite (E). Die Vorderseite wird zu einer ebenen Spiegelfläche. Die vordere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht wird durch Vorderseitenätzung (F) abgetragen. Die Randsauerstoffkonzentration beträgt O = 10 at%. Die Probe 15 besitzt eine Randsauerstoffkonzentration, die höher ist als in der Probe 13, in der Fe2O3 verwendet wird. Dies liegt daran, dass der Schleifstein der Probe 15 einen Fe2O3-Anteil aufweist, der höher ist als in der Probe 13. Die Rate für das Auftreten von Schäden beträgt p = 2%. Die Rate für das Auftreten von Schäden ist ein 12tel der Rate der Probe 12, in der keine Oxidkörnchen verwendet sind. Die Rate für das Auftreten von Schäden p der Probe 15 ist geringer als für die Proben 13 und 14, in denen Oxidkörnchen verwendet sind. Die niedrigste Rate für das Auftreten von Schäden bei der Nachbearbeitung der Proben 15 stammt von der hohen Randsauerstoffkonzentration. Die Proben 12 bis 15 sind ein Zeichen, dass Oxide im Rand der Scheiben diese vor Weiterbearbeitungsrandschäden schützen. Das Unterdrücken der Randschäden ist ein Vorteil der Verwendung von Oxidkörnchen in Schleifsteinen. Die Bauteilproduktionsausbeute Q, die durch Erzeugen von quadratischen LED-Bauelementen mit einer Kantenlänge von 2 mm auf der Scheibe entsprechend den vorhergehenden Probe erhalten wird, beträgt Q = 84%. Dies ist eine sehr hohe Ausbeute. Die Probe 15 zeigt eine geringe Rate für das Auftreten von Nachbearbeitungsrandschäden und eine hohe Bauteilausbeute und ist daher äußerst vorteilhaft.
  • [Probe 16 (30 wt% Cr2O3-Körnchen; Gummischleifsteine; D = 1,5 μm; p = 3%; Q = 85%)]
  • Nach dem Schleifen der Rückseite (A) und dem Ätzend er Rückseite (B) werden kreisförmige GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) und einer Dicke von 850 μm am Rand abgeschrägt (C) mittels eines Gummischleifsteins, an dem 70 wt% Diamantkörnchen mit # 1000 (mittlerer Durchmesser 15 μm) und 30 wt% Cr2O3-Körnchen mittels Chloropren-Gummi (CR) befestigt sind. Die Porosität beträgt 0%. Die Gummihärte beträgt 50. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht, die sich bei der Randabschrägung ergibt, beträgt d = 1,5 μm. Die Randrauhigkeit der Scheibe nach der Randabschrägung beträgt Ra 0,5 μm. Die Probe 16 entstand unter Verwendung von Cr2O3-Körnchen wie die Probe 14. Der Oxid-(Cr2O3)Anteil der Probe 16 beträgt 30%, was höher ist als bei der Probe 14 mit 10%. Ein geringerer Anteil der Diamantkörnchen der Probe 16 schwächt die mechanische Wirkung, verringert die Dicke d und senkt die Oberflächenrauhigkeit Ra. Die Probe 16 zeigt eine geringe Randrauhigkeit ähnlich zu den Proben 14 und 15. Die Randrauhigkeit hängt von dem Diamant/Oxidverhältnis ab, ist jedoch nicht abhängig von der Art der Oxide. Die GaN-Scheibe nach der Randabschrägung werden dann weiter planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und Polieren der Vorderseite (E). Die Vorderseite wird eine ebene Spiegelfläche. Die vordere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht wird durch Vorderseitenätzung (F) abgetragen. Die Randsauerstoffkonzentration O beträgt 15 at%. Die Probe 16 (mit 30% Cr2O3) besitzt eine Randsauerstoffkonzentration, die höher ist als bei der Probe 15 (mit 30% Fe2O3). Dies weist darauf hin, dass Cr2O3 eine stärkere oxidierende Wirkung als Fe2O3 besitzt. Die Rate für das Auftreten von Randschäden beträgt p = 3%. Die Bauteilproduktionsausbeute Q, die durch Erzeugen von quadratischen LED-Bauelementen mit einer Kantenlänge von 2 mm auf der Scheibe wie bei den vorhergehenden Proben erhalten wird, beträgt Q = 85%. Dies ist eine sehr hohe Ausbeute. Die Proben 14 und 16 besitzen die gleiche Rate für das Auftreten von Nachbearbeitungsschäden am Rand und die gleiche Bauteilausbeute Q, obwohl die Anteile für Cr2O3 mit 20 wt% und 30 wt% verschieden sind. Diese Tatsache bedeutet, dass ein optimaler Bereich für die Cr2O3-Anteile bei 20 wt% bis 30 wt% liegt.
  • [Probe 17 (40 wt% MnO2-Körnchen; Gummischleifsteine; d = 1,5 μm; p = 5%; Q = 80%)}
  • Nach dem Schleifen der Rückseite (A) und dem Ätzen der Rückseite (B) werden kreisförmige GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) und einer Dicke von 850 μm am Rand abgeschrägt (C) mittels eines Gummischleifsteins, an dem 60 wt% Diamantkörnchen mit # 1000 (mittlerer Durchmesser 15 μm) und 40 wt% MnO2-Körnchen mittels Chloropren-Gummi (CR) befestigt sind. Die Porosität beträgt 0%. Die Gummihärte beträgt 50. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht, die sich aus der Randabschrägung ergibt, beträgt d = 1,5 μm. Die Randrauhigkeit der Scheibe nach der Randabschrägung beträgt Ra 0,5 μm. Bei der Probe 17 werden MnO2(Manganoxid-)Körnchen anders als bei den Proben 13 bis 16 verwendet. Der Diamantanteil ist geringer als in der Probe 12. Der geringere Diamantanteil der Probe 17 verringert die mechanische Wirkung, macht die Dicke d kleiner und senkt die Randrauhigkeit Ra. Die Probe 17 zeigt eine geringe Randrauhigkeit (Ra 0,5 μm) ähnlich zu den Proben 13 bis 16. Die GaN-Scheibe nach der Randabschrägung werden dann weiter planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und Polieren der Vorderseite (E). Die Vorderseite wird zu einer ebenen Spiegelfläche. Die vordere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht wird durch Vorderseitenätzung (F) eliminiert. Die Randsauerstoffkonzentration O beträgt 20 at%. Die Probe 17, in der ein Schleifstein mit einem Anteil von 40% an MnO2 verwendet wird, besitzt eine hohe Randsauerstoffkonzentration. Die Rate für das Auftreten von Randschäden bei der Weiterbearbeitung p beträgt 5%. Die Bauteilproduktionsausbeute Q, die durch Erzeugen von quadratischen LED-Bauelementen mit einer Kantenlänge von 2 mm auf der Scheibe ähnlich bei den vorhergehenden Proben erreicht wird, beträgt Q = 80%. Dies ist eine sehr hohe Ausbeute. Die Probe 17 ist eine zulässige Probe, da die Rate für das Auftreten von Randschäden gering und die Bauteilausbeute hoch ist. Die Proben 12 bis 17 zeigen, dass MnO2-Körnchen ebenfalls geeignet sind für den Schleifstein für die Randabschrägung.
  • [Probe 18 (60 wt% Fe2O3-Körnchen; Gummischleifsteine; d = 1 μm; p = 15%; Q = 61%)]
  • Nach dem Schleifen der Rückseite (A) und nach dem Ätzen der Rückseite (B) werden kreisförmige GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) und einer Dicke von 850 μm am Rand abgeschrägt (C) mittels eines Gummischleifsteins, an welchem 40 wt% Diamantkörchen mit # 1000 (mittlerer Durchmesser 15 μm) und 60 wt% Fe2O3-Körnchen mittels Chloropren-Gummi (CR) befestigt sind. Die Porosität beträgt 0%. Die Gummihärte beträgt 50. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht, die sich aus der Randabschrägung ergibt, beträgt d = 1 μm. Die Randrauhigkeit der Scheiben nach der Randabschrägung beträgt Ra 0,5 μm. In der Probe 17 werden Fe2O3-Körnchen wie in den Proben 13 und 15 verwendet. In der Probe 18 ist das Sauerstoffverhältnis größer und der Diamantanteil ist geringer als in den Proben 13 bis 15. Der geringere Diamantanteil in der Probe 18 verringert die mechanische Wirkung und reduziert die Dicke d. Die GaN-Scheiben nach der Randabschrägung werden dann weiter planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und der Polieren der Vorderseite (E). Die Vorderseite wird zu einer ebenen Spiegelfläche. Die vordere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht wird durch Vorderseitenätzung (F) abgetragen. Die Randsauerstoffkonzentration O beträgt 25 at%. Die Probe 18 besitzt eine höhere Sauerstoffkonzentration als die Proben 13 und 15. Dies liegt daran, dass der Fe2O3-Anteil höher ist. Die Rate für das Auftreten von Randschäden bei der Weiterbearbeitung beträgt p = 15%. Die Bauteilproduktionsausbeute Q, die durch Erzeugen von quadratischen LED-Bauelementen mit einer Kantenlänge von 2 mm auf der Scheibe wie bei den vorhergehenden Proben erhalten wird, beträgt Q = 61%. Dies ist keine hohe Ausbeute. Die Proben 18 werden auf Grund einer hohen Rate für das Auftreten von Randschäden (p = 15%) und der geringen Bauteilausbeute (61%) als nicht akzeptabel erachtet. Die Proben 12 bis 18 zeigen, dass für 5% oder weniger für die Rate des Auftretens von Randschäden (p ≤ 5%) und für eine Bauteilausbeute von 70% oder höher (Q ≥ 70%), Randsauerstoffkonzentrationen von 3 at% bis 20 at% (3 at% ≤ O ≤ 20 at%) erforderlich sind. Eine Rate für das Auftreten von Randschäden von 5% oder weniger (p ≤ 5%) und eine Bauteilausbeute von 80% oder höher (Q ≥ 80%) erfordern Randsauerstoffkonzentrationswerte von 5 at% bis 20 at% (O = 5 at% bis 20 at%). Der Zusammenhang zwischen der resultierenden Randsauerstoffkonzentration und dem Oxidkörnchenanteil variiert gemäß der Art der Oxide. 20 wt% bis 40 wt% an Oxidkörnchen sind für das Reduzieren der Randschädigung bei der Nachbearbeitung der Scheiben wirksam.
  • 17 zeigt, dass je höher der Anteil der Oxidkörnchen ist, die in den Schleifsteinen eingebunden sind, desto stärker die Randsauerstoffkonzentration ansteigt. Der Vergleich zwischen den Proben 13 und 14 und der Vergleich zwischen den Proben 15 und 16 zeigt, dass Cr2O3-Körnchen zu einem höheren Restsauerstoff an dem Scheibenrand beitragen als Fe2O3, selbst wenn Cr2O3 und Fe2O3 in gleichen Anteilen vorhanden sind. Chromoxid ist reaktiver als Eisenoxid. Chromoxid ist härter als Eisenoxid. Chromoxid besitzt einen größeren Einfluss auf die Randabschrägung als Eisenoxid.
  • 18 zeigt, dass je geringer der Oxidanteil ist der höher der Diamantanteil ist), desto stärker wächst die prozesshervorgerufene beeinträchtigte Randschicht. Wenn der Diamantanteil groß ist, vergrößert eine große mechanische Wirkung des Diamants die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht aus 18. Es zeigt sich, dass Oxide die mechanische Wirkung des Diamants verringern.
  • 19 zeigt, dass Oxidanteile von 20 wt% bis 40 wt% die Rate für das Auftreten von Nachbearbeitungsrandschäden auf 5% oder weniger verringern können. 100% an Diamantkörchen (Probe 12) führen zu hohen Raten für Randschäden. 28 zeigt, dass Randsauerstoffkonzentrationen von 3 at% bis 20 at% die Rate für das Auftreten von Randschäden auf unter 5% verringern können. Für die Probe 12, in der die Scheibe mit 100% Diamantschleifsteinen am Rand abgeschrägt sind und der Sauerstoff an den Rändern bei einem geringen Anteil unter 1 at% liegt, tritt eine hohe Häufigkeit für Randschäden.
  • 20 zeigt, dass Oxidanteile von 20 wt% bis 40 wt% die Bauteilproduktionsrate über 80% halten können. 29 zeigt, dass eine Randsauerstoffkonzentration von 3 at% bis 20 at% die Bauteilproduktionsausbeute auf bis zu 78% und höher steigen lässt.
  • [Vorgehensweise 4]
  • [Vorgehensweise 4; Proben 19 bis 26; Tabelle 3; 21, 22, 23, 30, 31]
  • Die Vorgehensweisen 1 bis 3 zeigen auf, dass die Randabschrägung der GaN-Scheiben ein d = 0,5 μm bis 10 μm und insbesondere d = 1 μm bis 3 μm in der Dicke der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschichten notwendig macht, um Risse zu unterdrücken und um die Bauteilausbeute zu erhöhen, so dass Gummiverbundschleifsteine günstig sind. Eine Sauerstoffkonzentration von 3 at% bis 20 at% verringert vorteilhafter Weise die Häufigkeit der Randschäden bei der Nachbearbeitung und erhöht die Bauteilproduktionsausbeute. Das Hinzumischen von Oxidkörnchen in die stationären Schleifkörnchen ist ein effizientes Mittel, um die Randsauerstoffkonzentration anzuheben. [Tabelle 3]
    Probe 19 Probe 20 Probe 21 Probe 22 Probe 23 Probe 24 Probe 25 Probe 26
    Randbearbeitung Verbindungsmaterial Art Gummi Gummi Gummi Gummi Gummi Gummi Metall Elektroabscheidung
    Materialien CR CR CR CR CR CR Fe Ni
    Gummihärte 55 55 55 55 55 55
    Porosität (vol%) 0 0 0 0 0 0 0 0
    Schleifkörnchen Diamant (Körnungszahl) 600 600 600 600 600 600 1500 1500
    Oxid - Fe2O3 Cr2O3 ZnO CuO CuO -
    Oxidanteil (wt%) - 20 20 20 20 50
    Scheibeneigenschaften Dicke d (μm) der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht 9 7 7 7 7 5 12 14
    Rauhigkeit Ra (μm) 4 2 2 2 2 2 4 4
    Metallkonzentration m (at%) 0 0,1 0,2 3 5 8 10 12
    Rate für das Auftreten von Schäden p (%) 22 8 4 7 15 15 25 30
    Bauteil Produktionsausbeute Q (%) 90 92 90 88 85 65 35 22
  • Mit den Proben 19 bis 26 wird untersucht, wie viele resultierende Metallverunreinigungen am Scheibenrand bei der Randabschrägung von Scheiben mit Schleifsteinen verbleiben, die eine Vielzahl von Anteilen und Daten von Oxidkörnchen enthalten. In Tabelle 3 bedeutet der Metallanteil (at%) die Metallkonzentration an den Rändern nach der Randabschrägung der Probenscheiben.
  • 21 zeigt einen Zusammenhang zwischen der Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht (μm) und der Randmetallkonzentration (at%) in den Proben 19 bis 26. Eine vertikale gepunktete Linie d = 10 μm gibt einen oberen kritischen Dickenwert der vorliegenden Erfindung an.
  • 22 zeigt die Abhängigkeit zwischen der Dicke d (μm) der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht und der Rate für das Auftreten von Randschäden bei der Nachbearbeitung p (%) in den Proben 19 bis 26. Die vertikal gepunktete Linie d = 10 μm zeigt einen oberen kritischen Dickenwert der vorliegenden Erfindung.
  • 23 zeigt die Abhängigkeit zwischen der Dicke d (μm) der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht und der Bauteilproduktionsausbeute Q (%) in den Proben 19 bis 26. Die vertikal gepunktete Linie d = 10 μm zeigt einen oberen kritischen Dickenwert der vorliegenden Erfindung. 30 zeigt eine Abhängigkeit zwischen einer Randmetallkonzentration (at%) und der Rate für das Auftreten von Randschäden p (%) der Proben 19 bis 26. 31 zeigt eine Abhängigkeit zwischen einer Randmetallkonzentration m (at%) und der Bauteilproduktionsausbeute Q (%) für die Proben 19 bis 26.
  • [Probe 19 (kein Oxid; m = 0 at%; d = 9 μm; p = 22%; Q = 90%)]
  • Nach dem Schleifen der Rückseite (A) und dem Ätzen der Rückseite (B) werden kreisförmige GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) und einer Dicke von 850 μm am Rand abgeschrägt (C) mittels eines Gummischleifsteins, an dem 100 wt% Diamantkörnchen mit # 600 (mittlerer Durchmesser 25 μm) mittels Chloropren-Gummi (CR) befestigt sind. Die Porosität beträgt 0%. Die Gummihärte beträgt 50. Die Dicke d der prozessshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht, die sich aus der Randabschrägung ergibt, beträgt d = 9 μm. Die Randrauhigkeit der Scheiben nach der Randabschrägung beträgt Ra 4 μm. Die GaN-Scheibe nach der Randabscheidung werden dann weiter planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und durch Polieren der Vorderseite (E). Die Vorderseite wird zur ebenen Spiegelfläche. Die vordere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht wird durch die Vorderseitenätzung (F) abgetragen. Die Randmetallkonzentration m beträgt 0%. Bei der Probe 19 werden Schleifsteine ohne Metalloxid verwendet. Metallverunreinigungen sind an den Rändern der Probe 19 nicht vorhanden. Die Rate für das Auftreten von Randschäden beträgt p = 22%. 22% der Scheiben werden somit verworfen. Die Bauteilproduktionsausbeute Q, die durch Erzeugen quadratischer LED-Bauelemente mit einer Kantenlänge von 2 mm auf der Scheibe wie bei den vorhergehenden Proben erhalten wird, beträgt Q = 90%. Dies ist eine hohe Ausbeute. Trotz der hohen Ausbeute wird die Probe 19 als ungeeignet erachtet auf Grund der hohen Rate für das Auftreten der Randschäden (p = 22%) in den vorhergehenden planaren Bearbeitungsschritten. Die großen Diamantkörnchen erhöhen die mechanische Stoßbelastung auf die Scheiben und bewirken innere Schäden in Scheiben.
  • [Probe 20 (20 wt% Fe2O3; m = 0,1 at%; d = 7 μm; p = 8%; Q = 92%)]
  • Nach dem Schleifen der Rückseite (A) und dem Ätzen der Rückseite (B) werden kreisförmige GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) und einer Dicke von 850 μm am Rand abgeschrägt (C) mittels eines Gummischleifsteins, an dem 20 wt% Fe2O3-Körnchen und 80 wt% Diamantkörnchen mit # 600 (mittlerer Durchmesser 25 μm) durch Chloropren-Gummi (CR) angebracht sind. Die Porosität beträgt 0%. Die Gummihärte beträgt 55. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht, die sich aus der Randabschrägung ergibt, beträgt d = 7 μm. Die Randrauhigkeit der Scheiben nach der Randabschrägung beträgt Ra 2 μm. Die GaN-Scheibe nach der Randabschrägung werden dann weiter planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und Polieren der Vorderseite (E). Die Vorderseite wird zu einer ebenen Spiegelfläche. Die vordere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht wird durch Vorderseitenätzung (F) beseitigt. Die Randmetallkonzentration m beträgt 0,1 at%. Metallverunreinigungen dringen in die Ränder aus den Oxidkörnchen der Probe 20 ein. Die Rate für das Auftreten von Schäden bei der Nachbearbeitung beträgt p = 8%. 8% ist ein zulässiger Wert für p. Die Bauteilproduktionsausbeute Q, die durch Erzeugen quadratischer LED-Bauelemente mit einer Kantenlänge von 2 mm auf der Scheibe wie bei den vorhergehenden Proben erhalten wird, beträgt Q = 92%. Die Probe 20 ist auf Grund der geringen Rate für das Auftreten von Nachbearbeitungsschäden p und der hohen Bauteilausbeute Q eine zulässige Probe. Da in der Probe 20 Eisenoxidkörnchen verwendet werden, verbleiben Eisenatome mit 0,1 at% in den Rändern. Metallatome und Sauerstoffatome verringern d und p. Metallatome und Sauerstoffatome verstärken die GaN-Kristallstruktur. Beim Abschrägen der Ränder verringern Metall und Sauerstoff innere Stoßwirkungen und innere Schäden.
  • [Probe 21 (20 wt% Cr2O3; m = 0,2 at%; d = 7 μm; p = 4%, Q = 90%)]
  • Nach dem Schleifen der Rückseite (A) und dem Ätzen der Rückseite (B) werden kreisförmige GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) und einer Dicke von 850 μm am Rand abgeschrägt (C) mittels eines Gummischleifsteins, an dem 20 wt% Cr2O3-Körnchen und 80 wt% Diamantkörnchen mit # 600 (mittlerer Durchmesser 25 μm) mittels Chloropren-Gummi (CR) befestigt sind. Die Porosität beträgt 0%. Die Gummihärte beträgt 55. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht, die sich aus der Randabschrägung ergibt, beträgt d = 7 μm. Die Randrauhigkeit der Scheibe nach der Randabschrägung beträgt Ra 2 μm. Die GaN-Scheiben nach der Randabscheidung werden dann weiter planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und Polieren der Vorderseite (E). Die Vorderseite wird zu einer ebenen Spiegelfläche. Die vordere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht wird durch Vorderseitenätzung (F) beseitigt. Die Randmetallkonzentration m beträgt 0,2 at%. Die Rate für das Auftreten von Nachbearbeitungsschäden beträgt p = 4%. 4% ist ein zulässiger Wert für p. Die Bauteilproduktionsausbeute Q, die durch Erzeugen quadratischer LED-Bauelemente mit einer Kantenlänge von 2 mm auf der Scheibe wie bei den vorhergehenden Proben erhalten wird, beträgt Q = 90%. Die Probe 21 ist auf Grund der geringeren Rate für das Auftreten von Nachbearbeitungsschäden p und der hohen Bauteilausbeute Q zulässig. Da bei der Probe 21 Chromoxidkörnchen verwendet werden, bleiben Chrom (Cr) Atome mit 0,2 at% in dem Rändern zurück. Metallatome und Sauerstoffatome verringern d und p. Metallatome und Sauerstoffatome verstärken die GaN-Kristallstruktur. Beim Abschrägen der Ränder verringern Metall und Sauerstoff die innere Stoßwirkung und innere Schädigung.
  • [Probe 22 (22 wt% ZnO; m = 3 at%; d = 7 μm; p = 7%; Q = 88%)]
  • Nach dem Schleifen der Rückseite (A) und dem Ätzen der Rückseite (B) werden kreisförmige GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) und einer Dicke von 850 μm am Rand abgeschrägt (C) mittels eines Gummischleifsteins, an dem 20 wt% ZnO- Körnchen und 80 wt% Diamantkörnchen mit # 600 (mittlerer Durchmesser 25 μm) durch Chloropren-Gummi (CR) angebracht sind. Die Porosität beträgt 0%. Die Gummihärte beträgt 55. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht, die sich auf der Randabschrägung ergibt, beträgt d = 7 μm. Die Randrauhigkeit der Scheiben nach der Randabschrägung beträgt Ra 2 μm. Die GaN-Scheiben nach der Randabschrägung werden dann weiter planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und Polieren der Vorderseite (E). Die Vorderseite wird zu einer ebenen Spiegelfläche. Die vordere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht wird durch Vorderseitenätzung (F) entfernt. Die Randmetallkonzentration m beträgt 3 at%. Die Rate für das Auftreten von Nachbearbeitungsschäden beträgt 7%. 7% ist ein zulässiger Wert für p. Die Bauteilproduktionsausbeute Q, die durch Erzeugen quadratischer LED-Bauelemente mit einer Kantenlänge von 2 mm auf der Scheibe wie bei den vorhergehenden erreicht wird, beträgt Q = 88%. Die Probe 22 ist eine zulässige Probe auf Grund der geringen Rate für das Auftreten von Nachbearbeitungsschäden p und der hohen Bauteilausbeute Q. Da die Probe 22 unter Verwendung von Zinkoxid-Körnchen hergestellt wird, verbleiben Zinkatome (Zn) mit 3 at% in den Rändern. Metallatome und Sauerstoffatome verringern d und p. Metallatome und Sauerstoffatome stärken die GaN-Kristallstruktur. Beim Abschrägen der Ränder verringern Metall und Sauerstoff innere Stoßbelastungen und innere Schädigungen.
  • [Probe 23 (20 wt% CuO; m = 5 at%; d = 7 μm; p = 15%; Q = 85%)]
  • Nach dem Schleifen der Rückseite (A) und dem Ätzen der Rückseite (B) werden kreisförmige GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) und einer Dicke von 850 μm am Rand abgeschrägt (C) mittels eines Gummischleifsteins, an dem 20 wt% CuO-Körnchen und 80 wt% Diamantkörnchen mit # 600 (mittlerer Durchmesser 25 μm) durch Chloropren-Gummi (CR) angebracht sind. Die Porosität beträgt 0%. Die Gummihärte beträgt 55. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht, die sich aus der Randabschrägung ergibt, beträgt d = 7 μm. Die Randrauhigkeit der Scheiben nach der Randabschrägung beträgt Ra 2 μm. Die GaN-Scheiben nach der Randabschrägung werden dann weiter planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und Polieren der Vorderseite (E). Die Vorderseite wird zu einer ebenen Spiegelfläche. Die vordere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht wird durch Vorderseitenätzung (F) entfernt. Die Randmetallkonzentration m beträgt 5 at%. Die Rate für das Auftreten der Nachbearbeitungsschäden p = 15%. Die Bauteilproduktionsausbeute Q, die durch Erzeugen quadrati scher LED-Bauelemente mit einer Kantenlänge von 2 mm auf der Scheibe wie bei den vorhergehenden Proben erreicht wird, beträgt Q = 85%. Obwohl p = 15% keine geringe Rate für das Auftreten von Nachbearbeitungsschäden ist, ist die Probe 22 auf Grund der hohen Bauteilausbeute Q eine zulässige Probe. Da die Probe 23 unter Verwendung von Kupferoxidkörnchen hergestellt wird, verbleiben Kupferatome (Cu) mit 5 at% in den Rändern. Metallatome und Sauerstoffatome verringern d und p. Metallatome und Sauerstoffatome verstärken die GaN-Kristallstruktur. Beim Abschrägen der Ränder verringern Metall und Sauerstoff innere Stoßbelastungen und innere Schäden. Die Proben 20 bis 22 besitzen gemeinsam einen Anteil von Oxid mit 20 wt%. Der Anteil an Restmetallen in den Rändern ist unterschiedlich. Die resultierenden Randmetalle sind entsprechend ihrem Anteil nach aufgelistet, d. h. Cu (5 at%), Zn (3 at%), Cr (0,2 at%) und Fe (0,1 at/%). Die Randkonzentrationen der Restmetalle hängen von der chemischen Reaktivität, der Körnchenhärte und der Entfernbarkeit beim Spülen von Oxidkörnchen ab.
  • [Probe 24 (50 wt% CuO; m = 8 at%; d = 5 μm; p = 15%; Q = 65%)]
  • Nach dem Schleifen der Rückseite (A) und dem Ätzen der Rückseite (B) werden kreisförmige GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) und einer Dicke von 850 μm am Rand abgeschrägt (C) durch einen Gummischleifstein, an dem 50 wt% CuO-Körnchen und 50 wt% Diamantkörnchen mit # 600 (mittlerer Durchmesser 25 μm) mittels Chloropren-Gummi (CR) angebracht sind. Die Porosität beträgt 0%. Die Gummihärte beträgt 55. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht, die sich aus der Randabschrägung ergibt, beträgt d = 5 μm. Die Randrauhigkeit der Scheiben nach der Randabschrägung beträgt Ra 2 μm. Die GaN-Scheiben nach der Randabscheidung werden dann weiter planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und Polieren der Vorderseite (E). Die Vorderseite wird zu einer ebenen Spiegelfläche. Die vordere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht wird durch Vorseitenätzung (F) entfernt. Die Randmetallkonzentration m beträgt 8 at%. Die Rate des Auftretens von Nachbearbeitungsschäden p beträgt 15%. Die Bauteilproduktionsausbeute Q, die durch Erzeugen von quadratischen LED-Bauelementen mit einer Kantenlänge von 2 mm auf der Scheibe wie in vorhergehenden Proben erhalten wird, beträgt Q = 65%. Da die Rate für Verarbeitungsschäden p hoch ist und die Bauteilausbeute gering ist, ist die Probe 24 als unzureichend zu bewerten. Da die Probe 24 unter Verwendung von Schleifsteinen mit dem Anteil von CuO-Körnchen mit 50 wt% hergestellt wird, verringern die große Menge an Verunreinigungsatomen die Bauteilausbeute. Bei m = 0,2 at% an Randmetallkonzentration wird die Rate für das Auftreten von Bearbeitungsschäden p minimiert (Probe 21). Bei m = 0,1 at% an Randmetallkonzentration wird die Bauteilproduktionsausbeute Q maximiert (Probe 20). Restmetalle sind günstig. Ein zu großer Metallanteil ist jedoch nicht wünschenswert. Ein bevorzugter Bereich für die Randmetallkonzentration liegt bei m = 0,1 at% bis 5 at%. Noch günstigere Bereiche liegen bei m = 0,1 at% bis 3 at%.
  • Die Proben 19 bis 23 zeigen, dass eine Randabschrägung mit Schleifsteinen mit Oxid das Auftreten von Nachbearbeitungsschäden p stärker verringern kann als eine Randabschrägung unter Anwendung eines reinen Diamantenschleifsteins.
  • Metallverunreinigungen, die an den Rändern vorhanden sind, verringern eine Schädigung bei der Weiterverarbeitung in den Proben 20 bis 23. Die Bauteilproduktionsausbeute Q ist von den restlichen Randmetallen in den Proben 19 bis 22 unabhängig.
  • Die Probe 19, in der Schleifsteine mit 100% Diamantkörnchen verwendet werden, besitzt ein d von 9 μm. Die Proben 20 bis 23, in denen jeweils Schleifsteine mit Diamantkörnchen mit 80 wt% verwendet werden, besitzen ein d = 7 μm. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht ist durch den Diamantkörnchenanteil in den Schleifsteinen im Hinblick auf die Proben 19 bis 24 festgelegt.
  • [Probe 25 (kein Oxide; Metallbindematerial (Fe); m = 10 at%; d = 12 μm; p = 26%; Q = 35%)]
  • Nach dem Schleifen der Rückseite (A) und dem Ätzen der Rückseite (B) werden kreisförmige GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) und einer Dicke von 850 um am Rand abgeschrägt (C) mittels eines Metallverbundschleifsteines, an dem 100 wt% Diamantkörnchen mit # 1500 (mittlerer Durchmesser 8 μm) mittels Eisen (Fe) angebracht sind. Die Dicke der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht, die sich aus der Randabschrägung ergibt, beträgt d = 12 μm. Die Randrauhigkeit der Scheiben nach der Randabschrägung beträgt Ra 4 μm. Die Dicke d und die Randrauhigkeit Ra werden durch den hohen Anteil an Diamant und durch das Metall erhöht. Die GaN-Scheiben nach der Randabschrägung werden dann weiter planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und Polieren der Vorderseite (E). Die Vorderseite wird zu einer ebenen Spiegelfläche.
  • Die vordere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht wird mittels Vorderseitenätzung (F) entfernt. Die Randmetallkonzentration beträgt m = 10 at%. Die Probe 25 wird unter Verwendung von Schleifsteinen ohne Metalloxid hergestellt. Das Bindematerial ist jedoch Eisen. Die Eisenatome dringen in den Rand ein. Es verbleiben 10 at% an Eisen (Fe) in den Rändern. Die Rate für das Auftreten von Nachbearbeitungsschäden beträgt p = 25%. Die Bauteilproduktionsausbeute Q, die durch Erzeugen quadratischer LED-Bauelemente mit 2 mm Kantenlänge auf der Scheibe wie bei den vorhergehenden Proben erreicht wird, beträgt Q = 35%. Die Probe 25 wird als ungeeignet erachtet auf Grund der hohen Rate für das Auftreten von Nachbearbeitungsschäden und auf Grund der geringen Bauteilausbeute. Die hohe Rate für das Auftreten von Nachbearbeitungsschäden und die geringe Bauteilausbeute stammen von der übermäßig dicken prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht und der übermäßig hohen Metallkonzentration (10 at%). Der Grund besteht darin, dass die Probe 25 unter Anwendung eines Metallverbundschleifsteins hergestellt wird. Die Probe 25 zeigt, dass Metallverbundschleifsteine ungeeignet sind.
  • [Probe 26 (kein Oxid; Elektroabscheidung (Ni); m = 12 at%; d = 14 μm; p = 30%; Q = 22%)]
  • Nach dem Schleifen der Rückseite (A) und dem Ätzen der Rückseite (B) werden kreisförmige GaN-Scheiben mit einem Durchmesser von 5 inch (127 mm) und einer Dicke von 850 μm am Rand abgeschrägt (C) mittels eines Elektroabscheide-Schleifsteines mit elektrochemisch abgeschiedenem Nickel (Ni) mit 100 wt% Diamantkörnchen # 1500 (mittlerer Durchmesser 8 μm). Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht, die sich aus der Randabschrägung ergibt, beträgt d = 14 μm. Die Randrauhigkeit der Scheiben nach der Randabschrägung beträgt Ra 4 μm. Die Dicke d und die Randrauhigkeit Ra werden durch den hohen Anteil an Diamant und dem steifen elektrochemisch abgeschiedenen Nickel erhöht. GaN-Scheiben nach der Randabschrägung werden dann weiter planar bearbeitet durch Schleifen der Vorderseite (D) und Polieren der Vorderseite (E). Die Vorderseite wird zu einer ebenen Spiegelfläche. Die vordere prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht wird durch Vorderseitenätzung (F) vermieden. Die Randmetallkonzentration beträgt m = 12 at%. Die Probe 26 wird unter Verwendung von Schleifsteinen ohne Metalloxid hergestellt. Jedoch werden die Diamantkörnchen mittels Nickel elektrochemisch aufgebracht. Ein Teil des Nickels wird weggeschliffen. Nickelatome dringen in die Ränder der Scheiben ein. Es verbleiben 12 at% Nickel (Ni) Atome in den Rändern. Die Rate für das Auftreten von Nachbearbeitungsschäden beträgt p = 30%. Die Bauteilprodukti onsausbeute Q, die durch Erzeugen quadratischer LED-Bauelemente mit einer Kantenlänge von 2 mm auf der Scheibe wie bei den vorhergehenden Proben erreicht wird, beträgt Q = 22%. Die Probe 26 wird auf Grund der hohen Rate für das Auftreten von Nachbearbeitungsschäden p und der geringen Bauteilausbeute Q als ungeeignet eingestuft. Die hohe Rate für das Auftreten von Nachbearbeitungsschäden und die geringe Bauteilausbeute resultieren aus der übermäßig dicken prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht (d = 14 μm) und einer übermäßig hohen Metallkonzentration (12 at%). Der Grund besteht darin, dass die Probe 26 unter Anwendung von Elektroabscheide-Schleifsteinen hergestellt wird. Die Probe 26 zeigt, dass Elektro-Abscheideschleifsteine nicht geeignet sind.
  • Die Proben 19 bis 26 zeigen, dass 15% oder weniger für die Rate des Auftretens von Nachbearbeitungsschäden p und 80% oder mehr für Bauteilausbeutewerte Q eine prozesshervorgerufene beeinträchtigte Randschicht mit 10 μm oder weniger und eine Randmetallkonzentration von m = 0,1 at% bis 5 at% erforderlich machen. Ein engerer Bereich von m = 0,1 at% bis 3 at% ermöglicht es, dass Scheiben erhalten werden, die 8% oder weniger für die Rate p für das Auftreten von Nachbearbeitungsschäden und 88% oder mehr für die Bauteilausbeute Q aufweisen.
  • 24 zeigt eine Abhängigkeit zwischen der Dicke d (μm) der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht und der Randrauhigkeit Ra (μm) für alle Proben 1 bis 26.
  • Die Zunahme der Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht vergrößert die Randrauhigkeit. Große Diamantkörnchen und geringe Oxidanteile erhöhen die mechanische Wirkung und vergrößern die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht und vergrößern die Randrauhigkeit Ra. Entsprechend einem Großteil der Proben steigen d und Ra im Wesentlichen proportional an oder fallen ab.
  • Jedoch gibt es eine andere Reihe aus Proben, d. h. die Proben 10 und 11, die von dem Großteil abweichen, wobei d proportional zu Ra ist. Metallverbundschleifsteine oder Metallabscheideschleifsteine besitzen sehr steife Bindematerialien. Die hohe Steifigkeit von Metallen vergrößert die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschichten, wobei eine geringe Randrauhigkeit beibehalten wird.
  • Metallverbundschleifsteine und Elektroabscheideschleifsteine sind nicht geeignet, um den Rand von GaN-Scheiben abzuschrägen. Gummiverbundschleifsteine oder bläschenenthaltende Harzverbundschleifsteine sind geeignet. Die Dicke d der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht ist besser geeignet als die Randrauhigkeit Ra zum Abschätzen des Verhaltens der Randabschrägung von GaN-Scheiben. 30 zeigte eine Abhängigkeit zwischen der Randmetallkonzentration (at%) und den Raten für das Auftreten von Nachbearbeitungsschäden p (%) für die Proben 19 bis 26. Eine Randmetallkonzentration von 0,1 at% bis 5 at% ermöglicht es, dass GaN-Scheiben mit geringeren Raten für das Auftreten von Nachbearbeitungsschäden von bis zu 15% oder weniger erreicht werden. 31 zeigt eine Abhängigkeit zwischen der Randmetallkonzentration m (at%) und der Bauteilproduktionsausbeute Q (%) für die Probe 19 bis 26. Bei einer Randmetallkonzentration von 0 at% bis 5 at% kann eine Bauteilausbeute Q von 85% oder höher erhalten werden.
  • (Symbole)
    • d:
      Dicke der prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht
      W:
      Scheibe
      M:
      prozesshervorgerufene beeinträchtigte Schicht
      E:
      Rand
      S:
      Umfangsaußenseite
      T:
      Schleifband
      G:
      Gummischleifstein
      H:
      Gummischleifstein
      U:
      Verformung (Verformung der Höhe des Mittelpunkts am Rand)
      Y:
      Scheibenproduktionsausbeute
      C:
      Rate für das Auftreten von Rissen
      p:
      Rate für das Auftreten von Nachbearbeitungsschäden
      m:
      Randmetallkonzentration
      O:
      Randsauerstoffkonzentration
      Q:
      Bauteilproduktionsausbeute
      D:
      Scheibendurchmesser
  • 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.
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Claims (6)

  1. Nitridhalbleiterscheibe mit einer prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Randschicht mit einer Dicke von 0,5 μm bis 10 μm.
  2. Nitridhalbleiterscheibe nach Anspruch 2, wobei die Randrauhigkeit Ra 0,07 μm bis Ra 3 μm beträgt.
  3. Nitridhalbleiterscheibe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei eine Randsauerstoffkonzentration 3 at% bis 20 at% beträgt.
  4. Nitridhalbleiterscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Randmetallkonzentration 0,1 at% bis 5 at% beträgt.
  5. Nitridhalbleiterscheibe mit einem abgeschrägten Rand mit einer prozesshervorgerufenen beeinträchtigten Schicht mit einer Dicke von 1 μm bis 3 μm.
  6. Nitridhalbleiterbauelement mit: einem Substrat einer Nitridhalbleiterscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5; Nitridschichten, die epitaktisch auf das Substrat aufgewachsen sind; und Elektroden, die auf den epitaktisch aufgewachsenen Schichten gebildet sind.
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