專利名稱：用于橫向分離半導(dǎo)體晶片的方法和光電子器件的制作方法
用于橫向分離半導(dǎo)體晶片的方法和光電子器件本專利申請(qǐng)要求德國專利申請(qǐng)10 2005 052 358. 7和10 2005 041 571.7的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。本發(fā)明涉及一種用于橫向分離半導(dǎo)體晶片，特別是分離光電子半導(dǎo) 體晶片的方法，其中生長襯底被與半導(dǎo)體晶片分開。本發(fā)明還涉及一種光 電子器件。在制造光電子器件(例如LED或者半導(dǎo)體激光器)時(shí)，通常希望的是， 用于外延生長光電子器件的半導(dǎo)體層序列的生長襯底事后被從半導(dǎo)體晶 片分開。例如，在所謂的薄膜技術(shù)中，光電子器件的半導(dǎo)體層序列首先外延地 生長到生長襯底上，接著支承體被施加到半導(dǎo)體層序列的與生長襯底對(duì)置 的表面上，并且隨后分離生長襯底。該方法一方面具有這樣的優(yōu)點(diǎn)在新 的支承體上留下了比較薄的外延層序列，尤其是當(dāng)在外延層序列與新的支 承體之間設(shè)置有反射的或者提高反射的層時(shí)，從該外延層序列可以以高的 效率耦合輸出由光電子器件所發(fā)射的輻射。此外，生長襯底在剝離之后可 有利地再次被使用，這尤其是當(dāng)生長襯底由比較高級(jí)的材料特別是藍(lán)寶 石、SiC、 GaN或者A1N構(gòu)成時(shí)是有利的。例如在出版物US 5, 374, 564中描述了一種用于橫向分離半導(dǎo)體晶片 的方法。此外，在US 6, 815, 309中還公開了一種用于橫向分離半導(dǎo)體晶片的 方法，其中外延襯底的薄層被轉(zhuǎn)移到另一更低級(jí)的襯底上，以便以這樣的 方式產(chǎn)生適于外延的準(zhǔn)襯底(Quasisubstrat)。在此，外延襯底通過重復(fù) 地剝離分別生長到新的支^H"底上的薄層而被逐漸消耗。在這種方法中， 存在這樣的危險(xiǎn)外延襯底的被施加到新的支承襯底上的薄層可能由于事 先進(jìn)行的離子注入而受到損害，其中該離子注入通過襯底的待剝離的層進(jìn) 行。這在外延層生長到準(zhǔn)襯底上時(shí)可能會(huì)對(duì)外延層的晶體質(zhì)量產(chǎn)生不利的 影響。由C. H. Yun, N. W. Cheung所著的出版物Thermal and Mechanical Separation of Silicon Layers from Hydrogen PaUern-Implanted5Wafers (Journ. of Electronic Materials, Vol. 30， Nr. 8， 2001， 960- 964頁)公開了一種用于以熱學(xué)方式或者機(jī)械方式將珪層從硅晶片 分離的方法。本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種改進(jìn)的用于將生長襯底從半導(dǎo)體晶片分 離的方法，以及具有在生長襯底上生長的半導(dǎo)體層序列的光電子器件，其 中降低了由于在半導(dǎo)體層的外延生長之前進(jìn)行的離子注入導(dǎo)致?lián)p壞生長襯底的危險(xiǎn)。此外，生長襯底應(yīng)該優(yōu)選無殘留地祐^從半導(dǎo)體晶片剝離并且 因此完全可以再次使用。該任務(wù)通過一種具有權(quán)利要求1所述特征的方法以及一種根據(jù)權(quán)利 要求23所述的光電子器件來解決。本發(fā)明的有利的改進(jìn)方案和擴(kuò)展方案 ^!從屬權(quán)利要求的主題。在一種根據(jù)本發(fā)明的用于橫向分離半導(dǎo)體晶片的方法中，提供了一種 生長襯底，半導(dǎo)體層序列外延地生長到該生長襯底上，其中半導(dǎo)體層序列 包括作為分離層而設(shè)置的層和至少一個(gè)在生長方向上跟隨在分離層之后 的功能半導(dǎo)體層。隨后，離子穿過功能半導(dǎo)體層被注入進(jìn)分離層中，并且 半導(dǎo)體晶片被分離，其中半導(dǎo)體晶片的包含生長襯底的部分沿著分離層被分離。由于離子并未注入進(jìn)生長襯底，而是注入進(jìn)包^^在外延生長的半導(dǎo)體 層序列中的分離層中，所以在沿著分離層分離半導(dǎo)體晶片時(shí)，半導(dǎo)體晶片 的包含整個(gè)生長襯底的部分被分離。半導(dǎo)體晶片在橫向方向上被分離，其 中該橫向方向在分離層的平面中延伸。于是，在半導(dǎo)體晶片被分離時(shí)，生 長襯底有利地未被分開并且完全可以再次使用。尤其是，層序列可以在生 長襯底上多次地生長并且l^被分離，而在此生長襯底并未被逐漸消耗。 這尤其是當(dāng)高級(jí)襯底如GaN襯底、A1N襯底、藍(lán)寶石襯底或者SiC襯底用 作生長襯底時(shí)是有利的。分離優(yōu)選借助熱處理，優(yōu)選在300x:至1200x:之間的溫度下進(jìn)行。尤其是，熱處理可以在300X:至9001C之間的溫度下進(jìn)行。在此，被注入的 離子在分離層中擴(kuò)散并且產(chǎn)生氣泡(B1 i s ter )。氣泡在分離層中的擴(kuò)展最 后導(dǎo)致半導(dǎo)體晶片分離成包含生長襯底的第 一部分和包含功能半導(dǎo)體層 的第二部分。以這樣的方式來分離半導(dǎo)體晶片的包含生長襯底的部分。在熱處理時(shí)，可以通過提高環(huán)境溫度也可以通過由電磁輻射(例如激 光輻射或者微波輻射)來局部加熱而引^J"分離層的逐漸加熱。可選地，半導(dǎo)體晶片也可以機(jī)械的方式沿著注入?yún)^(qū)被分離，其方式例 如是將半導(dǎo)體晶片的對(duì)置的表面與輔助支承體相連，并且將扭矩施加到這 些表面，使得半導(dǎo)體晶片沿著分離層被分離。在用于將生長襯底分開的分離半導(dǎo)體晶片的方法步驟之后，生長襯底 可以包含分離層的被分離的部分。在分離之后，在生長襯底上所包含的分 離層的部分優(yōu)選事后被從生長襯底去除，例如借助刻蝕工藝或者拋光工藝 來去除，以便使生長襯底為外延生長另外的半導(dǎo)體層序列作好準(zhǔn)備。半導(dǎo)體層序列優(yōu)選基于氮化物半導(dǎo)體材料。以下，"基于氮化物半導(dǎo)體材料"意味著，這種所表示的器件或者器件的一部分優(yōu)選包括InxAlyGai tyN,其中0《x《1、 0《y《1并且x + y《1。在此，該材料并非一定必須具 有按照上面的式子的在數(shù)學(xué)上精確的組分。更準(zhǔn)確地i兌，它可以具有一種 或者多種摻雜材料以及附加的組成成分，它們基本上不改變?cè)摬牧系奈锢?特性。然而，出于簡單的原因，上面的式子僅僅包含晶格的主要組成成分 (Al， Ga， In， N)，即使這些成分部分可被少量其它材料所代替。優(yōu)選地，氫離子穿過功能半導(dǎo)體層被注入進(jìn)分離層中。可選地，也可 以4吏用惰性氣體(如氦、氖、氪或者氙)的離子。也可能的是，不同原子的離子被注入，尤其是氫離子和氦離子，或者 氫離子和硼離子。這樣的優(yōu)點(diǎn)是降低了所需的注入劑量。為了分離包含生長襯底的半導(dǎo)體晶片的部分，所實(shí)施的熱處理優(yōu)選在 在300X:至900r之間的溫度下進(jìn)行。在此，被注入的離子在分離層中擴(kuò) 散并且產(chǎn)生氣泡(Blister)。在離子注入之后，優(yōu)選對(duì)半導(dǎo)體層序列進(jìn)行熱退火，以便減小由于通 過半導(dǎo)體層序列進(jìn)行的離子注入而對(duì)層質(zhì)量可能產(chǎn)生的的影響。熱退火不 必直接在離子注入之后進(jìn)行，而是例如當(dāng)已經(jīng)在比退火過程所需的溫度更 低的溫度下進(jìn)行導(dǎo)致半導(dǎo)體晶片分離的氣泡形成的情況下，特別是可以在 分離半導(dǎo)體晶片之后才進(jìn)行。分離層優(yōu)選包含至少 一種具有比鎵更大的核電荷數(shù)的元素，例如銦。 具有比鎵更大的核電荷數(shù)的元素可以作為摻雜劑引入分離層中，或者優(yōu)選 是分離層的半導(dǎo)體材料的組成部分。尤其是，分離層可以是InGaN層。具 有高核電荷數(shù)的元素在分離層中的存在具有這樣的優(yōu)點(diǎn)在離子注入時(shí)滲 入分離層中的離子被減速，并且因此減少了進(jìn)一步的滲入。在這樣的情況 下，分離層于是作為針對(duì)被注入離子的停止層。特別有利的是，在離子注入時(shí)注入較高能量的離子，以便避免對(duì)功能 半導(dǎo)體層的可能的損害。尤其已證明的是，通過在離子注入時(shí)提高離子能 量可以減小功能半導(dǎo)體層的損害。然而，離子能量的提高通常導(dǎo)致被注入 的離子在垂直于分離層平面的方向上形成更寬的且更平坦的濃度分布，該 濃度分布會(huì)對(duì)剝離工藝產(chǎn)生不利影響。所注入的離子的濃度分布的整個(gè)半值寬度例如可以為大約200nm。由于分離層包含至少一種其核電荷數(shù)大于 鎵的核電荷數(shù)的元素，所以在被注入的離子具有比較高的離子能量的情況 下可以在分離層中實(shí)現(xiàn)比較窄的濃度分布，由此使分離的方法步驟變得容易。在本發(fā)明的另 一種有利的擴(kuò)展方案中，半導(dǎo)體層序列包含至少一個(gè)與 分離層相鄰的、針對(duì)所注入離子的擴(kuò)散勢(shì)壘層。在此，擴(kuò)散勢(shì)壘層理解為 這樣的層與在分離層中相比，所注入的離子在該層中具有更小的擴(kuò)散系 數(shù)。擴(kuò)散勢(shì)壘層可以在半導(dǎo)體層序列的生長方向上設(shè)置在分離層之上和/ 或之下。擴(kuò)散勢(shì)壘層有利地包含以Zn、 Fe或者Si摻雜的氮化物半導(dǎo)體材料， 并且優(yōu)選未被p摻雜。特別地，已經(jīng)證明與在以Mg摻雜的p-GaN中 相比，氫在較高電阻值的以Zn摻雜的GaN中或者在以Si摻雜的n-GaN 中具有較小的擴(kuò)散系數(shù)。尤其是通過朝層序列的生長方向上看設(shè)置在分離層之上的擴(kuò)散勢(shì)壘 層可以減小所注入的離子至功能半導(dǎo)體層中的擴(kuò)散。否則，所注入的離子 的擴(kuò)散會(huì)影響功能半導(dǎo)體層的質(zhì)量。特別優(yōu)選的是，在分離層的兩側(cè)，即在半導(dǎo)體層序列的生長方向中在 分離層之上以及之下都設(shè)置有擴(kuò)散勢(shì)壘層。通過擴(kuò)散勢(shì)壘層，減少了所注 入的離子在垂直于分離層平面的方向上的擴(kuò)散。通過這種方式，抵抗了所 注入離子的濃度分布在垂直于分離層的層平面的方向上所不希望的擴(kuò)展。在本發(fā)明的另一種優(yōu)選的實(shí)施形式中，分離層是張應(yīng)變的層。在這種 情況下，分離層的晶格常數(shù)小于至少一個(gè)與分離層鄰接的層的晶格常數(shù)。 這使得分離層受到拉伸應(yīng)力(Zugspannung )。優(yōu)選的是，張應(yīng)變的層是 含有鋁的氮化物半導(dǎo)體層。在這種情況下，分離層的張應(yīng)變例如可以如下 引起另外的氮化物半導(dǎo)體層與分離層鄰接，該另外的氮化物半導(dǎo)體層具 有比分離層更少的鋁成分，或者甚至不含鋁。特別地，InGaN層可以與 分離層鄰接。分離層的張應(yīng)變此外可以通過將分離層以硅摻雜來產(chǎn)生。通過分離層的張應(yīng)變，有利地使得分離的方法步驟變得容易，因?yàn)樵谶@種情 況下，在張應(yīng)變的分離層和鄰接的具有更大晶格常數(shù)的層之間的界面作為 設(shè)定斷裂處。此夕卜，在本發(fā)明中，分離的方法步驟有利地可以通過以下方式變得容易分離層是通過側(cè)向外延過生長(ELOG，外延層過生長)而產(chǎn)生的半 導(dǎo)體層。在這種情況下，分離層不是直接在生長襯底上生長或者生長到已 經(jīng)被施加到生長襯底上的半導(dǎo)體層上，而是事先將掩膜層施加到生長襯底 上，或者施加到其上要生長分離層的半導(dǎo)體層上。掩膜層優(yōu)選是氮化硅層 或者二氧化珪層。在生長襯底的未被掩膜層覆蓋的區(qū)域中或者在為生長而 設(shè)置的半導(dǎo)體層中開始分離層的外延生長，其中被屏蔽的區(qū)域隨后在側(cè)向 方向上被過生長。由于通過側(cè)向外延過生長產(chǎn)生的分離層在側(cè)向過生長的 掩膜層上的附著性很小，所以在掩膜層和分離層之間的界面作為在分離的 方法步驟時(shí)的^L定斷裂處。此外，有利的是，分離層由一種半導(dǎo)體材料形成，與在鄰接于分離層 的層中相比，在該半導(dǎo)體材料中所注入的離子具有更大的擴(kuò)散系數(shù)。由此， 提高了所注入的離子在分離層內(nèi)的擴(kuò)散，即特別是在平行于半導(dǎo)體晶片平 面走向的方向上的擴(kuò)散，并且由此促進(jìn)了在分離層中形成氣泡，由此使得 分離的方法步驟變得容易。促進(jìn)擴(kuò)散的分離層優(yōu)選是p摻雜的氮化物半導(dǎo) 體層，其例如可以以Mg摻雜。特別地，已經(jīng)證明的是，與在以Zn摻雜 的高電阻值的GaN層或者以硅摻雜的n-GaN層中相比，氫在p摻雜的 GaN中具有更高的擴(kuò)散系數(shù)。半導(dǎo)體晶片優(yōu)選在分離包含生長襯底的部分之前在與生長襯底背離 的表面上與支承襯底相連。支承襯底簡化了與生長襯底分離的外延的層序 列的處理，并且特別是可以用作從半導(dǎo)體層序列制造的光電子器件的支承 體。支承襯底可以是中間支承體，其中在隨后的方法步驟中設(shè)計(jì)了分離或 者溶解中間支承體。例如，中間支承體是玻璃襯底。玻璃襯底優(yōu)選借助由硅氧化物構(gòu)成的中間層與半導(dǎo)體層序列相連。在這種情況下，可以在以后 的將中間層包括在內(nèi)的方法步驟中，例如將中間支承體在氫氟酸(HF) 中溶解。功能半導(dǎo)體層優(yōu)選^JL射輻射的或者檢測(cè)輻射的層。尤其是，功能半 導(dǎo)體層可以是發(fā)光二極管的有源層或者半導(dǎo)體激光器的有源層。特別優(yōu)選地，功能半導(dǎo)體層具有IrUlyGan-yN，其中0《x《1、 0《y《1并且x + y《1?？蛇x地，半導(dǎo)體層序列也可以基于磷化物半導(dǎo)體或者基于砷化物半導(dǎo) 體。在這樣的情況下，半導(dǎo)體層序列和尤其是功能半導(dǎo)體層序列優(yōu)選具有 InxAlyGa^-yP或者IrUlyGa^-yAs,其中0《x《1、 0《y《1并且x + y《1 。在本發(fā)明的另 一種優(yōu)選的實(shí)施例中，半導(dǎo)體層序列包含一個(gè)或者多個(gè) 另外的分離層，所述另外的分離層在生長方向上跟隨在分離層之后。優(yōu)選 的是，在生長方向上在每個(gè)分離層之后跟隨有功能半導(dǎo)體層。于是，由多 個(gè)部分層序列構(gòu)成的半導(dǎo)體層序列被施加到生長襯底上，其中部分層序列 分別通過分離層彼此被分開。在這樣的情況下，首先將離子注入距離生長襯底具有最大距離的上面 的分離層。優(yōu)選的，隨后將半導(dǎo)體層序列在與生長襯底背離的側(cè)上與支承 襯底相連。接著，半導(dǎo)體晶片例如通過熱處理沿著上面的分離層被分離。 以這樣的方式，設(shè)置在上面的分離層之上的部分層序列被與半導(dǎo)體晶片分 離并且轉(zhuǎn)移到支承襯底上。前面所述的方法步驟相應(yīng)于分離層的數(shù)目重復(fù)地進(jìn)行，以便連續(xù)地通過沿著相應(yīng)分離層分離半導(dǎo)體晶片使多個(gè)部分層序 列與半導(dǎo)體晶片分離。生長襯底于是可以有利地用于生長具有功能半導(dǎo)體層的多個(gè)部分層 序列，這些部分層序列借助離子注入以及隨后的分離過程相繼與半導(dǎo)體晶 片分離，并且分別轉(zhuǎn)移到支承襯底上。根據(jù)本發(fā)明的光電子器件包含半導(dǎo)體層序列，該層序列具有功能半導(dǎo) 體層，其中半導(dǎo)體層序列通過前面所述的用于橫向分離半導(dǎo)體晶片的方法 與生長襯底分離。光電子器件尤其可以是義光二極管或者半導(dǎo)體激光器。以下參照實(shí)施例結(jié)合

圖1至6更為詳細(xì)地闡述本發(fā)明。 其中圖1A、 1B和1C示出了在才艮據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的方法的中間步 驟中，半導(dǎo)體晶片的橫截面的示意圖，圖2示出了在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的方法的中間步驟中，半導(dǎo)體 晶片的橫截面的示意圖，圖3示出了在根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的方法的中間步驟中，半導(dǎo)體 晶片的橫截面的示意圖，圖4示出了在根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的方法的中間步驟中，半導(dǎo)晶片的沖黃截面的示意圖，圖5示出了在根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的方法的中間步驟中，半導(dǎo)體 晶片的橫截面的示意圖，圖6A至6F示出了在根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的方法的中間步驟中， 半導(dǎo)體晶片的橫截面的示意圖。相同或者作用相同的元件在附圖中設(shè)置有相同的參考標(biāo)記。所示的元 件不能視為符合比例的，更準(zhǔn)確地說，單個(gè)元件為了更好的理解而可以被 夸大地表示。在圖1A中示意性地以橫截面示出了半導(dǎo)體晶片1，該晶片包括生長 襯底2和外延地施加到生長襯底2上的半導(dǎo)體層序列3。半導(dǎo)體層序列3 例如借助金屬有機(jī)物氣相外延(M0VPE)被施加到生長襯底2上。外延的 半導(dǎo)體層序列3優(yōu)選基于氮化物半導(dǎo)體。生長襯底2優(yōu)選是適于外延生長氮化物半導(dǎo)體的襯底，其中尤其可以 是GaN襯底、A1N襯底、SiC襯底或者藍(lán)寶石襯底。外延的半導(dǎo)體層序列3包含至少一個(gè)功能半導(dǎo)體層5，例如為光電子 器件而設(shè)置的發(fā)射輻射的或者檢測(cè)輻射的層。尤其是,功能半導(dǎo)體層5可以是作為發(fā)光二極管或者半導(dǎo)體激光器的 有源層而設(shè)置的層。在此，有源層例如可以構(gòu)建為異質(zhì)結(jié)構(gòu)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu) 或者量子阱結(jié)構(gòu)。術(shù)語量子阱結(jié)構(gòu)在此包括其中載流子由于限制 (Confinement)而經(jīng)歷其能量狀態(tài)的量子化的任意結(jié)構(gòu)。特別地，術(shù)語 量子阱結(jié)構(gòu)不包含關(guān)于量子化的維數(shù)的說明。因此，該術(shù)語尤其包括量子 槽、量子線和量子點(diǎn)以及這些結(jié)構(gòu)的任意組合。此外，外延的半導(dǎo)體層序列3包含在生長襯底2與功能半導(dǎo)體層5 之間設(shè)置的分離層4。如通過箭頭6所表示的那樣，穿過功能半導(dǎo)體層5將離子注入分離層 4中。所注入的離子尤其可以是氫離子或者可選地是惰性氣體(如氨、氖、 氪或者氙)的離子。也可能的是，注入不同原子的離子，尤其是氫離子和 氦離子，或者氫離子和硼離子。這樣的優(yōu)點(diǎn)是降低了所需的注入劑量。隨后，如圖1B中所示，半導(dǎo)體晶片1在與生長襯底2對(duì)置的表面上 與支承襯底8相連。支承襯底8優(yōu)選通過焊接或者接合而與半導(dǎo)體晶片1 相連。例如，支承襯底8可以與半導(dǎo)體層序列3的層相連?？蛇x地，在與支M底8相連之前，半導(dǎo)體層序列3可以設(shè)置有接觸層和/或增強(qiáng)反射 的層9。由于支^H"底8與生長襯底2相反不必適于外延地生長例如基于氮化 物半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體層序列3，所以對(duì)于支承襯底8在材料選擇時(shí)有比 較大的自由度。尤其是可以選擇這樣的支承襯底8，其特征在于比較低的 成本和/或良好的導(dǎo)熱性。例如，支承襯底8可以由Ge、 GaAs、金屬例如 Mo或者Au、金屬合金、或者陶瓷如A1N構(gòu)成。接著，如圖1B中通過箭頭T所表示的那樣，進(jìn)行熱處理，該熱處理 引起注入分離層4中的離子的擴(kuò)散。熱處理優(yōu)選在3001C到1200"C之間的 溫度下進(jìn)行。由熱處理而引起的被注入的離子在分離層4中的擴(kuò)散導(dǎo)致在 分離層4中形成氣泡7，其大小和數(shù)量隨著熱處理的持續(xù)時(shí)間的增加而增 加。如圖1C中所示意性示出的那樣，由被注入的離子的擴(kuò)散引起的氣泡 7的形成最后導(dǎo)致半導(dǎo)體晶片1分離為包含生長襯底2的第一部分1a和 包含功能半導(dǎo)體層5的第二部分1b。半導(dǎo)體晶片1的與生長襯底2分離的部分1b尤其可以是光電子器件， 例如發(fā)光二極管或者半導(dǎo)體激光器，或者進(jìn)一步處理成光電子器件。此外， 半導(dǎo)體晶片的被分離的部分1b也可以被分割成多個(gè)光電子器件。在將半導(dǎo)體晶片1分離成兩個(gè)部分1a、 1b之后，可以通過刻蝕工藝 或者拋光工藝使分離層4的留在生長襯底2上的和/或留在半導(dǎo)體層序列 3的被分離的部分上的殘留物被平坦化或者也被完全去除。生長襯底2 (例如由GaN、 A1N、 SiC或者藍(lán)寶石構(gòu)成的高級(jí)襯底)因 此可以完整地再用于生長另外的半導(dǎo)體層序列。以這樣的方式，尤其是可 以在唯一一個(gè)生長襯底上制造多個(gè)光電子器件的外延半導(dǎo)體層序列。由此 有利地降低了制造成本。為了簡化圖1C中示意性示出的將半導(dǎo)體晶片1分離成兩個(gè)部分1a、 1b,有利的是，注入分離層4中的離子的深度分布具有比較小的半值寬度。 分離層4的材料對(duì)此有利地被選擇為使得其是針對(duì)被注入的離子的停止 層。為此目的，分離層4有利地包含至少一種元素，該元素具有比鎵更大 的核電荷數(shù)。例如，分離層4可以是包含銦的氮化物半導(dǎo)體層。在離子注 入時(shí)，在分離層4中所包含的具有高核電荷數(shù)的元素的原子附近，離子被 比較強(qiáng)烈地減速，由此產(chǎn)生了在分離層4內(nèi)的有利的窄濃度分布。利用這種用作對(duì)被注入的離子的停止層的分離層4，離子可以有利地以比較高的 離子能量穿過功能半導(dǎo)體層5被注入分離層4中，其中通過用作停止層的 分離層4減小了由于高離子能量而會(huì)出現(xiàn)的濃度分布的擴(kuò)展。在離子注入 時(shí)使用高的離子能量是有利的，因?yàn)樵谶@樣的情況下，要與半導(dǎo)體層序列 1分離的半導(dǎo)體層序列3受到損害較少。尤其是可以通過利用晶格導(dǎo)向 (Channeling)使被注入的離子深深地滲入半導(dǎo)體層序列中。半導(dǎo)體晶片1的分離可以通過以下方式被簡化:分離層4構(gòu)建為設(shè)定 斷裂處。這應(yīng)該這樣理解分離層4例如由于其結(jié)構(gòu)或者由于機(jī)械張力能 夠以比較小的開銷被分離或者與相鄰的層分離。尤其是，分離層4為張應(yīng) 變的層。這意味著，分離層4具有比至少一個(gè)相鄰的半導(dǎo)體層或者生長襯 底2更小的晶格常數(shù)。張應(yīng)變的分離層尤其可以是包含鋁的氮化物半導(dǎo)體層。在張應(yīng)變的層 中的鋁含量在此有利地大于在至少一個(gè)與分離層4鄰接的半導(dǎo)體層中的 鋁含量和/或在生長襯底2中的鋁含量。此外，基于氮化物半導(dǎo)體的分離 層4的張應(yīng)變也可以通過將分離層4摻雜以原子序數(shù)比鎵更小的原子(例 如通過摻雜以硅)來實(shí)現(xiàn)。在圖2中示意性示出的、根據(jù)本發(fā)明方法的一種實(shí)施例的中間步驟 中，分離層4是通過側(cè)向外延過生長(EL0G)制造的層。為了制造EL0G 層，將掩膜層10結(jié)構(gòu)化地施加到生長襯底2上，或者，如果分離層4并 未直接地施加到生長襯底2上，則施加到在生長方向上設(shè)置在分離層4 之下的半導(dǎo)體層上。掩膜層10尤其可以是氮化硅層或者硅氧化物層。作為EL0G層制造的分離層4簡化了半導(dǎo)體晶片1的分離，因?yàn)榉蛛x 層4的半導(dǎo)體材料在掩膜層10的側(cè)向過生長的區(qū)域上具有比較小的附著 性。半導(dǎo)體晶片1因此可以在沿著掩膜層10朝向分離層4的表面走向的 平面中以比較小的開銷而被分離。代替ELOG掩膜層10,也可以借助側(cè)向過生長使用原位-SiN-層 (in-situ-SiN-Schicht)用于生長分離層。原位-SiN-層被作為薄的層來施 加，使得其還未生長在一起成為連續(xù)的層，并且由此未完全覆蓋生長襯底。 通過這種方式，原位-SiN-層用作掩膜層。在另一種優(yōu)選的實(shí)施例中，如圖3中示意性示出的那樣，擴(kuò)散勢(shì)壘層 11在半導(dǎo)體層序列3的生長方向上設(shè)置在分離層4之上。擴(kuò)散勢(shì)壘層11 優(yōu)選地是未摻雜的或者n摻雜的氮化物半導(dǎo)體層，例如摻雜以Zn的GaN層或者摻雜以Si的n - GaN層。特別地，擴(kuò)散勢(shì)壘層11未進(jìn)行p摻雜。擴(kuò)散勢(shì)壘層11有利地減少了注入分離層4中的離子擴(kuò)散進(jìn)位于其上 的半導(dǎo)體層，特別是擴(kuò)散進(jìn)功能半導(dǎo)體層5。通過這種方式，示意性示出 的、被注入的離子的濃度D的深度分布(Tiefenprofil)向上變窄。以這 樣的方式防止功能半導(dǎo)體層受擴(kuò)散離子的損害。在圖4中所示的實(shí)施例中，與圖3中所示的實(shí)施例相反，擴(kuò)散勢(shì)壘層 12并未設(shè)置在分離層4之上，而是設(shè)置在其之下。通過在生長方向上設(shè) 置在分離層4之下的擴(kuò)散勢(shì)壘層12，有利地減小了被注入的離子擴(kuò)散進(jìn) 生長襯底中，并且示意性示出的、被注入離子的濃度D的深度分布朝著生 長襯底2變窄。特別優(yōu)選的是，如圖5中所示，將擴(kuò)散勢(shì)壘層11、 12不僅設(shè)置在分 離層4之下而且設(shè)置在其之上。在這樣的情況下，被注入的離子的濃度D 的深度分布有利地在分離層4的兩側(cè)通過減少離子擴(kuò)散i^目鄰層和生長 襯底而變窄。自然，參照?qǐng)D3至5所闡述的在分離層4之上和/或在其之 下使用擴(kuò)散勢(shì)壘層可以與參照?qǐng)D1和2所描述的分離層4的有利的擴(kuò)展方 案相結(jié)合。以下參照?qǐng)D6A至6F示意性示出的中間步驟闡述了根據(jù)本發(fā)明的方法 的另一種有利的擴(kuò)展方案。圖6A中所示的半導(dǎo)體晶片1包含在生長襯底2上外延生長的、由三 個(gè)相疊設(shè)置的部分層序列3a、 3b、 3c構(gòu)成的半導(dǎo)體層序列3。代替三個(gè) 部分層序列，半導(dǎo)體層序列3也可以具有任意其它數(shù)量的相疊設(shè)置的部分 層序列。每個(gè)部分層序列3a、 3b、 3c都包含分離層4a、 4b、 4c，并且分 別包含至少一個(gè)在生長方向上跟隨在分離層之后的功能半導(dǎo)體層5a、 5b、 5c。如在圖6A、 6B、 6C、 6D、 6E和6F中示意性示出的那樣，部分層序列 3a、 3b和3c通過重復(fù)離子注入的方法步驟以及隨后沿著相應(yīng)分離層4a、 4b、 4c分離半導(dǎo)體晶片的方法步驟來依次與半導(dǎo)體晶片1分離。在此，分別對(duì)還在半導(dǎo)體晶片1上存在的分離層的最上面的分離層進(jìn) 行離子注入。例如在圖6A中示出了離子注入進(jìn)部分層序列3c中所包含的 開始在最上面的分離層4c。圖6B示出了沿著最上面的分離層4c分離半 導(dǎo)體晶片。在分離的方法步驟之前，半導(dǎo)體層序列3在與生長襯底2背離 的表面與支承襯底8c相連。在分離的方法步驟之后，被分開的分離層4c所殘留在部分層序列3b上和/或在被分離的部分層序列3c的與支M底 8c背離的側(cè)上的殘留物有利地通過刻蝕工藝或者拋光工藝平坦化或者被 去除。接著，根據(jù)部分層序列的數(shù)量來重復(fù)離子注入的方法步驟和分離的方 法步驟。例如，在圖6C中示出了將離子注入分離層4b中的方法步驟，在 圖6B中所示的對(duì)上面的部分層序列3c的分離之后，該分離層4b為最上 面的分離層。圖6D示出了沿著分離層4b分離半導(dǎo)體晶片，其中部分層序列3b被 轉(zhuǎn)移到支承襯底8b上。通過重復(fù)另一在圖6E和6F中所示的對(duì)離子注入和沿著分離層4a分 離半導(dǎo)體晶片，部分層序列3a也被轉(zhuǎn)移到支承襯底8a上。在連續(xù)分離多 個(gè)部分層序列3a、 3b、 3c之后，從生長襯底2去除可能存在的分離層4a 的殘留物。生長襯底2因此可以有利地重新用于生長多個(gè)部分層序列3a、 3b、 3c構(gòu)成的半導(dǎo)體層序列3。本發(fā)明并非通過借助實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的描述而局限于此。更確切地 說，本發(fā)明包括任意新的特征以及這些特征的任意組合，特別是包含權(quán)利 要求中的特征的任意組合，即使這些特征或者組合本身沒有明確地在權(quán)利 要求中或者實(shí)施例中被說明。
權(quán)利要求
1.一種用于橫向分離半導(dǎo)體晶片(1)的方法，該半導(dǎo)體晶片包含生長襯底(2)和半導(dǎo)體層序列(3)，所述方法具有以下方法步驟-提供生長襯底(2)，-將半導(dǎo)體層序列(3)外延地生長到生長襯底(2)上，其中半導(dǎo)體層序列(3)包括設(shè)計(jì)為分離層(4)的層和至少一個(gè)在生長方向上跟隨在分離層(4)之后的功能半導(dǎo)體層(5)，-通過功能半導(dǎo)體層(5)將離子注入進(jìn)分離層(4)，以及-分離半導(dǎo)體晶片(1)，其中半導(dǎo)體晶片(1)的包含生長襯底(2)的部分(1a)被沿著分離層(4)分離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，借助熱處理來進(jìn)行分離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的方法，其特征在于，在3001C到1200 匸之間的溫度下進(jìn)4亍熱處理。
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，生長襯底 (2 )是GaN襯底或者A1N襯底。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，半導(dǎo)體層 序列(3)基于氮化物半導(dǎo)體。
6. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在離子注 入時(shí)，氫離子、氦離子、氫離子和氦離子、或者氫離子和硼離子被注入。
7. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在離子注 入之后對(duì)半導(dǎo)體層序列(3)進(jìn)行熱退火。
8. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，分離層(4) 包含至少 一種具有比鎵大的核電荷數(shù)的元素。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，分離層(4)包含銦。
10. 根據(jù)上iijL利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，半導(dǎo)體層 序列(3)包含至少一個(gè)與分離層(4)相鄰的、針對(duì)所注入的離子的擴(kuò)散 勢(shì)壘層(10， 11 )。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，擴(kuò)散勢(shì)壘層(10， 是以Zn、 Fe或者Si摻雜的氮化物半導(dǎo)體層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，半導(dǎo)體層序列 (3 )在分離層(4 )的兩側(cè)包含針對(duì)所注入的離子的擴(kuò)散勢(shì)壘層(10,11 )。
13. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，分離層(4) 是張應(yīng)變的層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，張應(yīng)變的分離層(4) 是包含鋁的氮化物半導(dǎo)體層。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13或者14所述的方法，其特征在于，張應(yīng)變的分 離層(4 )是以Si摻雜的氮化物半導(dǎo)體層。
16. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，分離層(4) 是通過側(cè)向外延過生長(ELOG)產(chǎn)生的半導(dǎo)體層。
17. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，分離層(4) 由半導(dǎo)體材料構(gòu)成，與鄰接于分離層(4)的層中相比，被注入的離子在 該半導(dǎo)體材料中具有更大的擴(kuò)散系數(shù)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，分離層(4)是p摻 雜的氮化物半導(dǎo)體層。
19. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，半導(dǎo)體晶 片(1 )在分離之前在與生長襯底(2 )背離的表面與支承襯底(8 )相連。
20. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，功能半導(dǎo) 體層(5 )是發(fā)射輻射的或者檢測(cè)輻射的層。
21. 根據(jù)上a利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，功能半導(dǎo) 體層(5 )具有IraiyGan-yN,其中0《x《1, 0《y《1且x + y化
22. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，半導(dǎo)體層序列(3)包含在生長方向上跟隨在分離層(4a)之后的多 個(gè)另外的分離層(4b， 4c),其中在將離子注入進(jìn)分離層(4a)的方法步 驟之前進(jìn)行以下方法步驟a) 將離子注入上面的分離層(4c)，其中上面的分離層(4c)是所述 另外的分離層(4b,化)中距生長襯底(2)具有最大距離的分離層，b) 沿著上面的分離層(4c)分離半導(dǎo)體晶片，以及c) 必要時(shí)重復(fù)進(jìn)行方法步驟a)和b)，其中重復(fù)的次數(shù)與所述另外的分離層(4b， 4c)的數(shù)目相等。
23. —種具有半導(dǎo)體層序列(3)的光電子器件，該半導(dǎo)體層序列具 有功能半導(dǎo)體層(5)，在該光電子器件中半導(dǎo)體層序列(3)通過根據(jù)權(quán) 利要求1至22中任一項(xiàng)所述的方法與生長襯底(2 )分離。
全文摘要
在一種用于橫向分離半導(dǎo)體晶片(1)的方法中，提供生長襯底(2)，將半導(dǎo)體層序列(3)生長到生長襯底上，其中半導(dǎo)體層序列包括設(shè)計(jì)為分離層(4)的層和至少一個(gè)在生長方向上跟隨在分離層(4)之后的功能半導(dǎo)體層(5)。隨后，離子穿過功能半導(dǎo)體層(5)被注入進(jìn)分離層(4)中，并沿著分離層(4)分離半導(dǎo)體晶片(1)，其中半導(dǎo)體晶片(1)的包含生長襯底(2)的部分被分離。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101253636SQ200680031536
公開日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2006年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月1日
發(fā)明者克里斯托夫·艾克勒, 福爾克爾·黑勒 申請(qǐng)人:奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體有限責(zé)任公司