JP5635123B2 - ビームスプリッタを用いたレーザリフトオフ法のための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明はレーザリフトオフ法のための装置に関する。さらに本発明はレーザリフトオフ法にも関する。

本発明の解決すべき課題は、効率的に高い信頼性を伴って層を支持体から分離可能なレーザリフトオフ法のための装置を提供することにある。殊に本発明の解決すべき課題は、半導体積層体を支持体から確実に切り離すことのできるレーザリフトオフ法を提供することにある。

本発明による装置の少なくとも１つの実施形態によれば、この装置はレーザリフトオフ法に適しており、たとえばエピタキシャル基板上でエピタキシャル成長させた半導体層または半導体積層体を分離するためのレーザリフトオフ法に適している。上述の層または半導体層は有利には、窒化物または酸化物を含有する材料をベースとしており、たとえば窒化物を含有する半導体材料をベースとしている。たとえば半導体積層体は、ＧａＮ，ＩｎＧａＮおよび／またはＡｌＧａＮをベースとする。

本発明による装置の少なくとも１つの実施形態によればこの装置には、有利にはパルス化されたレーザ放射ないしはレーザビームを発生させるレーザが含まれている。レーザビームの波長はたとえば短い波長であることから、支持体から分離すべき半導体材料のバンドギャップよりも光子エネルギーが大きい。たとえばレーザビームの波長は紫外線スペクトル領域にあり、たとえば４００ｎｍよりも短い波長または３６０ｎｍよりも短い波長の付近にある。

本発明による装置の少なくとも１つの実施形態によればこの装置は、少なくとも１つのビームスプリッタを有しており、有利には少なくとも２つのビームスプリッタを有している。少なくとも１つのビームスプリッタは、レーザから発せられたとえばパルス化されたレーザビームを少なくとも２つの部分ビームに分割するように構成されている。ビームスプリッタをたとえば部分透過性の誘電体ビームスプリッタもしくはミラーとすることともできるし、プリズムおよび／または偏光依存性の反射特性を有する素子とすることもできる。つまり装置の動作中、レーザビームは少なくとも１つのビームスプリッタによって、少なくとも２つの部分ビームに分割される。

本発明による装置の少なくとも１つの実施形態によれば、少なくとも２つの部分ビームは照射面において重畳される。換言すれば、レーザビームは複数の部分ビームに分割され、ついで照射面において再び重畳された状態におかれる。部分ビームが照射面において重畳されるということは、各部分ビームの横断面が照射面において部分的に重なり合っているかあるいは完全に合同であるといえる。ここで合同という概念には、複数の横断面のうち１つの横断面が他の１つの横断面に完全に含まれるか覆われる、ということが含まれる。

本発明による装置の少なくとも１つの実施形態によれば照射面は、支持体から分離すべき層とは反対側に位置する支持体主面が照射面に配置されるように構成されている。このため本発明による装置に、支持体を層とともに保持可能なホルダを設けることができる。ホルダを長手方向に位置決め可能かつ走行可能にするのが有利である。

本発明による装置の少なくとも１つの実施形態によれば、照射面において少なくとも２つの部分ビームが相互に成す角度は少なくとも１．０゜である。この角度が少なくとも５．０゜であると格別有利である。換言すれば部分ビームの放射軸が、それらの部分ビームの各放射軸間の角度がたとえば２つ一組で少なくとも１．０゜となるよう、照射面と交差しており、この角度が少なくとも５．０゜であると有利である。

本発明による装置の少なくとも１つの実施形態によればこの装置は、少なくとも１つの層を支持体から分離するためのレーザリフトオフ方法のために設けられている。この装置には、たとえばパルス化されたレーザビームを発生させるレーザと、少なくとも１つのビームスプリッタが含まれている。少なくとも１つのビームスプリッタによって、レーザビームが少なくとも２つの部分ビームに分割される。これらの部分ビームは照射面において重畳され、この照射面は、層とは反対側に位置する支持体主面が配置されるように構成されている。照射面において、少なくとも２つの部分ビームが成す角度は少なくとも１．０゜である。

レーザリフトオフ方法（Laser-Lift-Off）において、コヒーレントな指向性のレーザビームを用いた場合、たとえば支持体の殊に粗い入射面を通ってレーザビームが入射したときに、たとえば数１００μｍほど下に位置する境界面のところに干渉パターンが生じる可能性がある。この干渉パターンは入射レーザビームの強度変調であり、これは統計的に分散され位置が一定である。ただし、ポリッシングされていない粗い入射面を備えた安価な支持体を用いると、レーザリフトオフの場合、干渉を生じさせるレーザビームにより、エピタキシャル成長させた半導体積層体に損傷を引き起こす可能性がある。たとえば半導体積層体を支持体から確実に均質に分離できるようにする目的で有利であると判明したのは、このような強度変調を回避するか低減することである。

レーザビームを少なくとも２つの部分ビームに分割し、ついで臨界的な角度よりも大きい所定の角度でそれらの部分ビームを重畳させることによって、レーザビームの干渉が生じる可能性を小さくすることができる。このことにより干渉パターンの強度変調を低減させることができ、半導体積層体における損傷を回避することができ、あるいは小さく抑えることができる。

本発明による装置の少なくとも１つの実施形態によれば、少なくとも２つの部分ビームは、および／またはすべての部分ビームは、最大２０％の許容範囲を伴って、たとえば最大１０％の許容範囲を伴って、等しい強度を有している。換言すれば、２つの部分ビームおよび／またはすべての部分ビームは、レーザパルスごとに実質的に等しいエネルギーを有している。部分ビームの個数を増やしていけば、パルスあたりのエネルギーの許容範囲も大きくすることができる。たとえばパルスエネルギーの許容範囲は、部分ビームが加わるごとに５％ずつ増加する。ただし許容範囲は最大で５０％である。

本発明による装置の少なくとも１つの実施形態によれば、レーザビームのパルス持続時間は最大で５０ｎｓである。たとえばレーザビームを、１ｎｓ〜１５ｎｓ（ただしこれらの値を含む）のパルス持続時間をもつナノ秒パルスとすることができ、たとえば３ｎｓ〜１０ｎｓ（これらの数値を含む）のナノ秒パルスとすることができる。同様に、ピコ秒パルスまたはフェムト秒パルスを使用することもでき、たとえば２ｆｓ〜１０００ｐｓあるいは６０ｆｓ〜２０ｐｓ（これらの数値を含む）のパルス持続時間をもつピコ秒パルスまたはフェムト秒パルスを使用することもできる。

本発明による装置の少なくとも１つの実施形態によれば、各部分ビーム間の光学的な経路長の差は、レーザビームの平均パルス持続時間の最大０．０５倍あるいは最大０．１５倍であり、たとえば最大０．０２５倍に対応する。換言すれば、各部分ビームの光パルスは、実質的に同時に支持体に当射するように構成されている。

経路長差が最大で以下のような大きさであると有利である。すなわち、すべての部分ビームにおけるパルスあたりのエネルギー合計の少なくとも８０％または少なくとも９０％が、平均パルス持続時間の最大で１．２２倍または１．１５倍の長さ、有利には最大で平均パルス持続時間の長さを有する時間窓内で、照射面に到達するような大きさである。パルス持続時間を、パルスの時間経過における最大強度の１／ｅへの強度低下と関連させるのが有利である。

本発明による装置の少なくとも１つの実施形態によれば、各部分ビーム間の光学的な経路長の差は、レーザビームの平均パルス持続時間の少なくとも０．０２５倍に相応し、最大で０．３倍に相応する。換言すれば各部分ビームの光パルスは、それぞれいくらか異なる時点に支持体３に当射する。

本発明による装置の少なくとも１つの実施形態によれば、各部分ビーム間の経路長差は、部分ビームの平均ビーム直径の最大で０．２２倍または０．１５倍に相応する。ビーム直径はたとえば、放射プロフィルにおける最大強度の１／ｅ²への空間的な横方向の強度分布低下に関連づけられる。

本発明による装置の少なくとも１つの実施形態によれば、各部分ビーム間の角度は有利にはペアごとにそれぞれ７．５゜〜５０゜（これらの数値を含む）となる。択一的に、またはこれに加えて、各部分ビームと照射面に対する垂線とが成す角度は、それぞれ０゜〜８０゜（これらの数値を含む）にあり、たとえば０゜〜３０゜（これらの数値を含む）にある。

本発明による装置の少なくとも１つの実施形態によれば、レーザビームはＮ個の部分ビームに分割され、装置はＮ−１個のビームスプリッタを有する。ここでＮは整数であり、有利には３〜８（これらの数値を含む）である。Ｎ番目のビームスプリッタの反射率Ｒについて以下の関係が成り立つ：
Ｒ（Ｎ）＝１／（Ｎ＋１）
この場合、反射率が最大のビームスプリッタは、レーザビームまたは部分ビームのビーム経路に関して、照射面の最も近くに位置しており、反射率が２番目に高いビームスプリッタは、照射面に２番目に近い、という具合である。

本発明による装置の少なくとも１つの実施形態によれば、割り当てられた個々のビームスプリッタと照射面との間の部分ビームのビーム路中には、放射伝達のためのいかなる光学素子も存在していない。つまり有利には、部分ビームのビーム経路中にレンズあるいは偏光光学系は存在しない。換言すれば、部分ビームは割り当てられたビームスプリッタから照射面に至るまで、有利には集光を行ういかなる部材も通過しない。

本発明による装置の少なくとも１つの実施形態によれば、各部分ビームは照射面において、最大１５％の許容範囲を伴って、殊に最大１０％の許容範囲を伴って、それぞれ等しい横断面積および／または等しい横方向の広がりを有している。換言すれば、照射面における各部分ビームの横断面積は、実質的に等しい大きさであり、実質的に同じように成形されている。

本発明による装置の少なくとも１つの実施形態によれば、照射面におけるすべての部分ビームのエネルギー密度の合計は、レーザビームのパルスあたり２００ｍＪ／ｃｍ²〜８５０ｍＪ／ｃｍ²（これらの数値を含む）にある。

さらに本発明は、エピタキシャル成長させた半導体積層体を支持体たとえば成長基板から分離するためのレーザリフトオフ方法にも関する。このリフトオフ法は、上述の実施形態のうち少なくとも１つの実施形態に付随して説明したような装置によって実施することができる。したがってレーザリフトオフ方法の特徴の開示は、既述の装置についてもあてはまるものであり、その逆のこともあてはまる。

レーザリフトオフ方法の少なくとも１つの実施形態によれば、この方法は以下のステップを有する。すなわち、支持体上でエピタキシャル成長させた半導体積層体を準備するステップと、たとえばパルス化された１つのレーザビームを少なくとも２つの部分ビームに分割するステップと、半導体積層体とは反対側に位置する支持体主面が存在する照射面に、部分ビームを重畳させるステップとを有している。この場合、照射面において少なくとも２つの部分ビームが相互に成す角度は、少なくとも１．０゜である。

本発明によるレーザリフトオフ法の少なくとも１つの実施形態によれば、半導体積層体とは反対側の支持体主面の平均粗面度は、０．１μｍ〜５．０μｍ（これらの数値を含む）であり、殊に０．２５μｍ〜２．５μｍ（これらの数値を含む）である。たとえば半導体積層体をエピタキシャル成長させる場合、ポリッシングされた粗い表面をもつ基板を用いることができる。これにより安価な基板を使用することができる。

本発明によるレーザリフトオフ方法の少なくとも１つの実施形態によれば、支持体はサファイアを含み、あるいは支持体はサファイアから成る。これに対する代案として、レーザビームに対し透過性あるいは透明な他の材料によって支持体を構成することができる。ここで透明であるとは、支持体がレーザビームおよび部分ビームの波長において最大で２０％または最大で１％の吸収率を有しており、有利には最大で０．２％の吸収率を有するものとすることができる。

本発明によるレーザリフトオフ方法の少なくとも１つの実施形態によれば、半導体積層体はガリウム窒化物、インジウムガリウム窒化物および／またはアルミニウムガリウム窒化物をベースとする。択一的に、分離すべき層がレーザビームの波長において高い吸収率をもつ他の材料を含むようにすることもでき、殊に酸化物含有材料または窒化物含有材料たとえばシリコン窒化物を有するようにすることができる。

さらに、窒化物半導体積層体たとえばガリウム窒化物をベースとする半導体積層体も挙げておく。この半導体積層体は、上述の実施形態の１つまたは複数と関連して説明したような装置または方法によって製造される。このため半導体積層体の特徴の開示は、既述の方法ならびに装置についてもあてはまるものであり、その逆のこともあてはまる。

レーザリフトオフ法のほか、ここで説明する装置およびここで説明する方法の実施形態を、粗い表面を通してこの表面から隔たっている層を微視的なスケールで均質に照射するために用いることも可能である。たとえば、リソグラフィプロセスにおいてホトレジストを均質に露光すること、ＵＶ硬化性接着剤のような接合材料を放射に基づき硬化させるときに、粗い表面を通して均質に照射すること、などを実現することができる。

以下、本発明によるレーザリフトオフ方法、半導体積層体ならびに装置について、図面を参照しながら実施例に基づき詳しく説明する。なお、各図において同じ部材には同じ参照記号が付されている。ただし、個々の部材間の関係は縮尺通りではなく、理解しやすいように誇張して拡大表示されている場合もある。

本発明によるレーザリフトオフ方法を実行可能な本発明による装置の実施例を示す図 本発明によるレーザリフトオフ方法を実行可能な本発明による装置の実施例を示す図 本発明による半導体積層体の実施例を示す図 本発明によるレーザリフトオフ方法を実行可能な本発明による装置の実施例を示す図 本発明による半導体積層体の実施例を示す図 本発明によるレーザリフトオフ方法における支持体の主面を上から見た図 本発明によるレーザリフトオフ方法を実行可能な本発明による装置の実施例を示す図 本発明によるレーザリフトオフ方法を実行可能な本発明による装置の実施例を示す図

図１には、レーザリフトオフ方法を実施する装置１００の実施例が描かれている。パルス化されたレーザ放射ないしはレーザビームＬが、図１には示されていないレーザによって送出される。２つのビームスプリッタ４ａ，４ｂによってレーザビームが３つの部分ビームＰ１，Ｐ２，Ｐ３に分割され、この場合、部分ビームＰ３は、レーザビームＬが部分ビームＰ１，Ｐ２の分だけ低減されたビームである。部分ビームＰ１，Ｐ２，Ｐ３およびレーザビームＬはたとえば、直径１／ｅ²のほぼガウス曲線状のビームプロフィルを有しており、横方向におけるビーム強度の低下に関していえば、最大強度について２ｍｍと８ｍｍ（これらの数値を含む）との間にあり、殊に４ｍｍ付近にある。波長はたとえば約３４３ｎｍまたは約３５５ｎｍである。

部分ビームＰ１，Ｐ２はミラー５を介して、偏向されていない部分ビームＰ３と照射面１０において重畳される。部分ビームＰ１とＰ３との間の角度α１および部分ビームＰ２とＰ３との間の角度α２は、それぞれ約３０゜である。角度α１、α２は、照射面１０の垂線１１に対する角度とも等しい。垂線１１は、部分ビームＰ３およびレーザビームＬのビーム軸と一致する。

照射面１０は以下のように構成されている。すなわち、図１には描かれていないホルダによって、支持体３が層２または半導体積層体２とともに、層２とは反対側の支持体３の主面３０において照射面１０に位置するように構成されている。支持体３の主面３０は有利には、０．５μｍ〜１．５μｍ（これらの数値を含む）の粗面度を有しており、たとえば約１μｍの粗面度を有している。

部分ビームＰ１，Ｐ２，Ｐ３のビーム経路の長さは、それぞれビームスプリッタ４ａから照射面１０に至るまでを測定すると、それぞれ異なっている。たとえば部分ビームＰ２のビーム経路は、部分ビームＰ３のビーム経路よりも約１５ｃｍ長い。部分ビームＰ１のビーム経路は、部分ビームＰ３のビーム経路よりもたとえば約３０ｃｍ長い。レーザビームＬのパルス持続時間がたとえば約５ｎｓであれば、部分ビームＰ１と部分ビームＰ３の光学的な経路長の差は、パルス持続時間の約０．２倍に相応する。換言すれば、部分ビームＰ１，Ｐ２，Ｐ３のパルスは、それぞれ異なる時点に支持体３に当射される。

図１に描かれているものとは異なり、部分ビームＰ１，Ｐ２，Ｐ３の個々のパルスが実質的に同時に照射面１０に到達するように、たとえば部分ビームＰ２と部分ビームＰ３を案内することもできる。ただし、部分ビームＰ１，Ｐ２，Ｐ３のパルスが適度に異なる時点に照射面１０に到達することによって、照射面１０におけるレーザビームＬないしは部分ビームＰ１，Ｐ２，Ｐ３の可干渉性を低減することができる。

図２には、レーザリフトオフ方法を実行可能な装置１００の別の実施例が３次元で描かれている。ここではレーザビームＬは４つの部分ビームＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４に分割される。部分ビームＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、偏向されていない部分ビームＰ４を中心に回転対称に配置されている。部分ビームＰ２，Ｐ３，Ｐ４が支持体３の主面３０に当射する角度は、たとえばペアごとに互いに異なっている。

図３Ａの部分図には半導体コンポーネントが示されている。有利には支持体３上でエピタキシャル成長させられた半導体積層体２は、エピタキシャル成長後、さらに基板９に取り付けられる。この図には、基板９と半導体積層体２との間の接続層は示されていない。支持体３はたとえばサファイアから成り、有利には２５０μｍ〜１．５ｍｍ（これらの値を含む）の厚さを有しており、たとえば約６５０μｍの厚さである。

支持体３の、基板９に向いた主表面３５における半導体積層体２の分解ゾーン２０は、部分ビームＰを吸収する。半導体積層体２全体の厚さは、たとえば最大で１２μｍであり、たとえば約６μｍである。部分ビームＰの吸収によって、分解ゾーン２０の材料の熱的な分解が行われる。半導体積層体２と支持体３を部分ビームＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４により横方向に走査することによって、半導体積層体２を支持体３から分離することができる。パルスごとのすべての部分ビームＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のエネルギー密度は、全体でたとえば約４００ｍＪ／ｃｍ²であり、分解ゾーン２０の材料の崩壊閾値よりもいくらか低い程度が有利である。

図３Ｂおよび図３Ｃには、横方向における部分ビームＰの強度Ｉが概略的に示されている。図３Ｂによれば部分ビームＰは、この部分ビームＰの実際のビームプロフィル８における矩形状の包絡線７を有しており、図３Ｃによれば包絡線７はガウス状である。実際のビームプロフィル８は、干渉作用に起因して包絡線７とは隔たっている。このような隔たりによって、支持体３からの半導体積層体２の不均一な剥離を引き起こす可能性があり、つまりは半導体積層体２を損傷させるおそれがある。レーザビームＬを少なくとも２つの部分ビームＰに分割することによって、包絡線７を中心とする実際のビームプロファイル８の強度変調を低減することができ、その結果、本発明による装置および方法を用いることによって、支持体３から半導体積層体２を効率的に高い信頼性を伴って分離することができるようになる。たとえば、包絡線７と実際のビームプロフィル８との偏差は最大で２０％となり、有利には最大で１０％となる。

包絡線７に対する実際のビームプロフィル８の強度変調の大きさを、たとえば支持体３からの分離後に半導体積層体２の粗さつまり粗面度に関して検証することができる。たとえば支持体３からの分離後に半導体積層体２をエッチングすることによって分解ゾーン２０が除去されれば、基板９とは反対側の面においてエッチング後に生じた半導体積層体２の構造を介して、実際のビームプロフィル８の強度変調を検証することができる。

図４に示された実施例によれば、部分ビームＰ２，Ｐ３はそれぞれ１つの光学素子６を通過する。光学素子６はたとえばシリンダレンズであり、このレンズによって、照射面１０における部分ビームＰ２，Ｐ３の横断面を、照射面１０に対し垂直に当射する部分ビームＰ１の横断面に整合させることができる（図６Ｂも参照）。ビーム補正のために設けられた光学素子６を除いて、部分ビームＰ１，Ｐ２，Ｐ３はそれぞれ対応づけられたビームスプリッタ４ａ，４ｂを経た後、照射面１０に至るまで、集光を行ういかなるその他の部材もそれぞれ通過しないのが有利である。

図５によれば半導体積層体２は、基板９と向き合った支持体３の主表面３５にじかには分解ゾーン２０を有していない。換言すれば、ここで述べる方法によって、半導体積層体２の部分的な除去を実現することができる。これとは異なり択一的にまたは付加的に、部分ビームＰに対し吸収度の高められた部分層または領域（図示せず）を支持体３が有するように構成することも可能であり、このようにすることによって、分離後も支持体３の一部分を半導体積層体２に残すことができるようになる。

半導体積層体２は、たとえば窒化ガリウムをベースとする。同様に、分解ゾーン２０が窒化物を含有する他の材料を含むようにすることができる。たとえば分解ゾーン２０が窒化ケイ素から成るようにするか、または窒化ケイ素を含むようにすることができる。

図６Ａおよび図６Ｂには、照射面１０と主面３０を上から見た様子が示されている。さらにこれらの図には、部分ビームＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の照射プロフィル８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが描かれており、これらの部分ビームはたとえば図２による装置１００によって照射面に加わるものである。部分ビームＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、照射面１０の垂線１１に対し比較的大きい角度で照射面１０に当射するので、部分ビームＰ１，Ｐ２，Ｐ３は照射面においてそれぞれ異なる横断面を有する。

図６Ｂには、横断面が照射面１０において等しいまたはほぼ等しい横断面積と横方向の広がりを有している様子が示されている。このことは殊に反射性光学系によって実現可能であり、たとえば適切に成形されたミラー５によって、あるいは部分ビームＰ１，Ｐ２，Ｐ３のビーム経路中の光学素子６によって、実現することができる。有利には、部分ビームＰ１，Ｐ２，Ｐ３の平均ビーム直径または最小ビーム直径の半分となる半径の円内で、１／ｅ²への強度の低下に関して、部分ビームＰ１，Ｐ２，Ｐ３における全エネルギーの少なくとも８０％あるいは少なくとも９０％が生じる。

図７Ａおよび図７Ｂには、装置１００の別の実施例が示されている。図７Ｂによれば、３つのミラー５ａを水平軸を中心に回転可能であり、これによって部分ビームＰ１，Ｐ２，Ｐ３が主面３０に当射するときに成す角度を調節することができる。同様に支持体３を、半導体積層体２とともにオプションとして垂直方向にずらすこともできる。可動のミラー５ｂを介して部分ビームＰ１，Ｐ２のビーム経路を調節可能であり、これによって部分ビームＰ１，Ｐ２，Ｐ３間の時間的な遅延を調整できるようになる。

図８に示されている実施例によればビームスプリッタ４ａ，４ｂが、たとえば石英ガラスから成るプリズム１２ａ，１２ｂ，１２ｃによって実装されている。プリズム１２ａ，１２ｂ，１２ｃは互いに接合されているか、または有利には、薄い空隙を介して互いに分離されている。この場合、ビームスプリッタ４ａ，４ｂは、プリズム１２ａ，１２ｂの部分反射する境界面である。ビームスプリッタ４ａは約３３％の反射率を有しており、ビームスプリッタ４ｂは約５０％の反射率を有している。反射率はたとえば、プリズム１２ａ，１２ｂの対応する境界面のコーティングによって、プリズム１２ａ，１２ｂ，１２ｃの対応する境界面の角度によって、ビームの偏光によって、および／または隣り合うプリズム１２ａ，１２ｂ，１２ｃ間のギャップの大きさによって、調節することができる。

オプションとしてプリズム１２ａ，１２ｃに、シリンダレンズとして構成された光学素子６を取り付けるか、またはそのような光学素子６をプリズム１２ａ，１２ｃとすでに一体化されたかたちで形成することができる。シリンダレンズによって達成されるのは、部分ビームＰ１，Ｐ２，Ｐ３が照射面１０において等しいビーム横断面をもつようにすることである（図６Ｂも参照）。プリズム１２ｃの全反射する境界面によって、あるいは反射性の高いコーティングによって、ミラー５を形成することができる。プリズム１２ａのビーム入射面に反射防止コーティング１３が設けられていると有利である。フェムト秒パルスまたはピコ秒パルスを使用した場合、英語でChirpと称するような、部分ビームＰ１，Ｐ２，Ｐ３のパルスにおける時間的な色経過特性を補正するための装置を設けることができる（図８には図示せず）。

ここで述べてきた発明は、実施例に基づくこれまでの説明によって限定されるものではない。むしろ本発明は、あらゆる新規の特徴ならびにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴の組み合わせ各々が含まれ、このことは、そのような特徴や組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていないにしてもあてはまる。

本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第10 2009 057 566.9号の優先権を主張するものであり、その開示内容はここでの引用により本願に含まれるものである。

Claims (13)

1. 少なくとも１つの層（２）を支持体（３）から分離するレーザリフトオフ法のための装置（１００）であって、
   レーザビーム（Ｌ）を発生させるレーザと、
   少なくとも１つのビームスプリッタ（４）が設けられており、
   該少なくとも１つのビームスプリッタ（４）によって、前記レーザビーム（Ｌ）が少なくとも２つの部分ビーム（Ｐ）に分割され、
   該少なくとも２つの部分ビーム（Ｐ）は照射面（１０）において重畳され、
   該照射面（１０）は、前記支持体（３）の、前記層（２）とは反対側に位置する主面（３０）が該照射面（１０）に配置されるように設けられており、
   該照射面（１０）において前記少なくとも２つの部分ビーム（Ｐ）が相互に成す角度（α）は少なくとも１．０°である、
   レーザリフトオフ法のための装置（１００）において、
   前記レーザビームは、ナノ秒パルスのパルス化されたレーザビーム（Ｌ）であり、該レーザビーム（Ｌ）のパルス持続時間は最大で５０ｎｓであり、
   前記部分ビーム（Ｐ）間の光学的な経路長差は、前記パルス持続時間の少なくとも０．０２５倍であり最大で０．２５倍に相応し、
   すべての部分ビーム（Ｐ）のエネルギー密度全体は、前記照射面（１０）においてパルスあたり２００ｍＪ／ｃｍ²〜８５０ｍＪ／ｃｍ²であり、ただし２００ｍＪ／ｃｍ²と８５０ｍＪ／ｃｍ²を含むことを特徴とする、
   レーザリフトオフ法のための装置（１００）。
2. すべての部分ビーム（Ｐ）は、最大２０％の許容範囲で等しい強度を有する、請求項１記載の装置（１００）。
3. 前記部分ビーム（Ｐ）のビーム経路中、それぞれ割り当てられたビームスプリッタ（４）と照射面（１０）との間に、放射を伝達するために設けられた光学素子（６）は設けられておらず、前記部分ビームは、割り当てられたビームスプリッタ（４）から照射面（１０）に至るまで、集光を行ういかなる部材も通過しない、請求項１または２記載の装置（１００）。
4. 前記部分ビーム（Ｐ）間の角度（α）はそれぞれ７．５°〜５０°であり、ただし７．５°と５０°を含み、前記部分ビーム（Ｐ）と前記照射面（１０）の垂線（１１）とが成す角度はそれぞれ０°〜５０°であり、ただし０°と５０°を含み、前記レーザビーム（Ｌ）のパルス持続時間は１ｎｓ〜１５ｎｓであり、ただし１ｎｓと１５ｎｓを含む、請求項１から３のいずれか１項記載の装置（１００）。
5. 前記レーザビーム（Ｌ）は、Ｎ−１個のビームスプリッタ（４）によりＮ個の部分ビーム（Ｐ）に分割され、Ｎ番目のビームスプリッタ（４）の反射率Ｒ（Ｎ）について、
   Ｒ（Ｎ）＝１／（Ｎ＋１）
   が成り立ち、ただしＮは３〜８の整数であり、ここでＮは３と８も含み、
   前記ビームスプリッタ（４）は、前記照射面（１０）に向かいビーム経路に沿って反射率が増大していくように配置されている、
   請求項１から４のいずれか１項記載の装置（１００）。
6. 前記パルス持続時間は１ｎｓ〜１５ｎｓであり、かつ前記部分ビーム（Ｐ）間の角度（α）は、ペアごとに７．５°以上５０°以下であり、
   前記ビームスプリッタ（４ａ，４ｂ）は、プリズム（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）により実装されており、該プリズム（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）は、石英ガラスから成り、薄い空隙を介して互いに分離されていて、前記ビームスプリッタ（４ａ，４ｂ）は、前記プリズム（１２ａ，１２ｂ）の部分反射する境界面であり、
   前記プリズム（１２ａ，１２ｃ）に光学素子（６）が形成されており、該光学素子（６）を介して、前記部分ビーム（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）は、前記照射面（１０）において等しいビーム横断面を有するようになる、
   請求項１から５のいずれか１項記載の装置（１００）。
7. 前記部分ビーム（Ｐ）は前記照射面（１０）において、最大１５％の許容範囲でそれぞれ等しい横断面と等しい横方向の広がりを有する、請求項１から６のいずれか１項記載の装置（１００）。
8. 前記部分ビーム（Ｐ）と前記レーザビーム（Ｌ）は、直径１／ｅ²のガウス曲線状のビームプロフィルを有しており、横方向におけるビーム（Ｌ，Ｐ）の強度低下に関し最大強度について、２ｍｍと８ｍｍとの間にあり、ただし２ｍｍと８ｍｍを含む、請求項１から７のいずれか１項記載の装置（１００）。
9. エピタキシャル成長させた半導体積層体（２）を支持体（３）から分離するためのレーザリフトオフ方法であって、
   前記支持体（３）上でエピタキシャル成長させた半導体層（２）または半導体積層体（２）を準備するステップと、
   １つのレーザビーム（Ｌ）を少なくとも２つの部分ビーム（Ｐ）に分割するステップと、
   前記半導体積層体（２）とは反対側に位置する、支持体（３）の主面（３０）が存在する照射面（１０）において、前記部分ビーム（Ｐ）を重畳させるステップと
   を有しており、
   前記照射面（１０）において前記少なくとも２つの部分ビーム（Ｐ）が相互に成す角度（α）は、少なくとも１．０°である、
   レーザリフトオフ方法において、
   前記レーザビームは、ナノ秒パルスのパルス化されたレーザビーム（Ｌ）であり、該レーザビーム（Ｌ）のパルス持続時間を最大で５０ｎｓとし、
   前記部分ビーム（Ｐ）間の光学的な経路長差を、前記パルス持続時間の少なくとも０．０２５倍とし、最大で０．２５倍に相応させ、
   すべての部分ビーム（Ｐ）のエネルギー密度全体を、前記照射面（１０）においてパルスあたり２００ｍＪ／ｃｍ²〜８５０ｍＪ／ｃｍ²とし、ただし２００ｍＪ／ｃｍ²と８５０ｍＪ／ｃｍ²を含み、
   前記半導体積層体（２）とは反対側の支持体（３）の主面（３０）の平均粗面度を、０．１μｍ〜５．０μｍとし、ただし０．１μｍと５．０μｍを含むことを特徴とする、
   レーザリフトオフ方法。
10. パルスごとのすべての部分ビーム（Ｐ）のエネルギー密度全体を、前記半導体積層体（２）の分解ゾーン（２０）の材料の崩壊閾値よりも低くする、請求項９記載の方法。
11. 前記支持体（３）はサファイアを含むかまたはサファイアから成り、前記半導体積層体（２）はＧａＮ、ＩｎＧａＮおよび／またはＡｌＧａＮをベースとする、請求項９または１０記載のレーザリフトオフ方法。
12. 前記支持体（３）の厚さ（Ｔ）は２５０μｍ〜１．５ｍｍであり、ただし２５０μｍと１．５ｍｍを含み、前記重畳された部分ビーム（Ｐ）の強度変調は、前記半導体積層体（２）に向いた、前記支持体（３）の成長面（３５）において、該重畳された部分ビーム（Ｐ）のビームプロフィル（８）の局所的な包絡線（７）に対し最大で２０％である、請求項９から１１のいずれか１項記載のレーザリフトオフ方法。
13. 請求項１から８のいずれか１項記載の装置（１００）によって実施される、請求項９から１２のいずれか１項記載のレーザリフトオフ方法。

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