DE19959182A1 - Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Substrats, das für das Wachstum einer Abfolge von Epitaxieschichten auf diesem zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements geeignet ist, wobei die Schichtabfolge eine erste Gitterkonstante aufweist und das Substrat eine Substratgitterkonstante aufweist, die gleich oder geringfügig verschieden von der ersten Gitterkonstante ist, ist durch die Schritte gekennzeichnet, daß ein Hilfssubstrat (z. B. ein GaAs-Wafer) mit einer Gitterkonstante ausgewählt wird, die gleich oder geringfügig verschieden von der ersten Gitterkonstante und für das Wachstum der Epitaxieschichten auf diesem geeignet ist, daß das Hilfssubstrat auf ein Trägersubstrat (beispielsweise GaP), das wenigstens eine erwünschte physikalische Eigenschaft aufweist, jedoch eine Gitterkonstante besitzt, die von der ersten Gitterkonstante verschieden ist, beispielsweise ein Trägersubstrat, das für die interessierende Strahlung dem optoelektronischen Bauelement transparent ist, gebondet wird, und daß die Dicke des Hilfssubstrats auf einen kleineren Wert verringert wird. Bei einer Alternative wird eine Epitaxieschicht mit einer gewünschten Gitterkonstante für das Wachstum der Schichtabfolge des gewünschten optoelektronischen Bauelements auf das Hilfssubstrat aufgewachsen, und nach dem Bonden auf das Trägersubstrat wird das Hilfssubstrat vollständig entfernt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sub­ strats, das für ein Wachstum von Epitaxieschichten auf diesem geeignet ist, ein Substrat, und ein optoelektronisches Bauelement.

Bei dem Herstellungsprozeß von optoelektronischen Bauelementen ist es schwierig, wenn nicht unmöglich, ein Substrat aus allgemein erhältlichen Materialien auszuwählen, das alle Anforderungen erfüllt. Häufig werden optoelektronische Bauelemente aus Epitaxieschichten hergestellt. Epitaxie benötigt ein Substrat, dessen Kristallgitter eine Anpassungsschablone für das Wachstum der Schichten bereitstellt, die das optoelektronische Bau­ element umfaßt. Um eine gute Herstellbarkeit sicherzustellen, sollte das Material eine ausreichende mechanische Steifigkeit und eine gute Erhält­ lichkeit aufweisen. Der effiziente Betrieb des Bauelements setzt anderer­ seits bestimmte optische, elektronische oder thermische Eigenschaften voraus. Deshalb werden für die Herstellung von optoelektronischen Bau­ elementen, wie lichtemittierenden Dioden oder Lasern, die Vertikal-Hohl­ raum-Oberflächenemissionslaser (vertical cavity surface emitting lasers oder VSEL) umfassen, auf der Grundlage von III-V-Verbindungshalbleitern oder halbleitenden III-V-Legierungen mehrere, möglicherweise einander widersprechende Anforderungen an das Substrat gestellt. Für die Ablage­ rung der kristallinen Schichten ist eine Wachstumsschablone mit einer geeigneten kristallographischen Struktur erforderlich, um eine Epitaxie zu gestatten. Andererseits sollte das Substrat ein guter Leiter für Elektrizität sein, so daß das Bauelement durch das Substrat hindurch kontaktiert werden kann. Außerdem ist zur Ableitung von Wärme eine gute Wärme­ leitfähigkeit des Substrats erforderlich. Der Gesamtwirkungsgrad des Bauelements ist besonders kritisch. Er wird beeinträchtigt, wenn die er­ zeugten Photonen von dem Substrat absorbiert werden, was daher beson­ ders unerwünscht ist.

Beispielsweise können bei dem Legierungssystem InGaAlP, wenn es an Galliumarsenid gitterangepaßt ist, Direktbandabstand-Halbleiterschichten abgeschieden werden, wobei der Bandabstand irgendeinen Wert im roten bis orangen Teil des sichtbaren Spektrums annimmt. Lichtemittierende Dioden dieses Legierungssystems werden deshalb auf ein Substrat aufge­ wachsen, dessen Bandabstand kleiner als derjenige der aktiven Schichten ist, und folglich wird ein Teil der Photonen, die in der aktiven Schicht er­ zeugt werden, in dem Galliumarsenidsubstrat absorbiert. Ein Ansatz, das heteroepitaktische Materialsystem beizubehalten und nichtsdestoweniger die Absorption aufgrund eines Substrats, das im Spektralbereich der akti­ ven Schichten undurchsichtig ist, zu vermeiden, verwendet Galliumarse­ nid nur als eine temporäre Wachstumsschablone. Nach Abscheidung des Schichtsystems, das die LED umfaßt, wird das Substrat weggeätzt, und ein transparentes Substrat wird an dessen Stelle durch Waferdirektbon­ den angebracht (siehe Angaben [1-19] der beigefügten Liste). Auf diese Weise kann man die Vorteile der weit entwickelten InGaAlP-Epitaxietech­ nik beibehalten, ohne einen bedeutenden Teil der erzeugten Photonen aufgrund von Substratabsorption zu verlieren.

Typischerweise wird vor dem Ätzen und Bonden eine dicke transparente Schicht oben auf der LED abgeschieden, nicht zuletzt, um die Filmstruk­ tur mit einer ausreichenden Steifigkeit für die anschließende Handhabung der abgenommenen Struktur zu versehen. Das Direktbonden erfordert gewöhnlich sehr glatte und ebene Oberflächen [20]. Dicke abgeschiedene Schichten werden jedoch oft mit Rauhigkeit hervorgebracht, und die Fehlanpassung bei der Wärmeausdehnung zwischen dem Substrat und der Schicht kann eine große Wölbung hervorrufen. Beide Schwierigkeiten können überwunden werden, indem unter aufgebrachtem mechanischen Druck gebondet wird. Vom Standpunkt der Herstellbarkeit und Ausbeute aus, wäre jedoch ein Prozeß sehr erwünscht, der die Aufbringung von Druck während des Bondens vermeidet. Es ist allgemein anerkannt, daß es schwierig ist, einen Druck in einer einzigen Achse gleichmäßig über große Flächen aufzubringen. Eine ungleichmäßige Druckaufbringung kann eine plastische Verformung oder einen Bruch bewirken. Insbesonde­ re das Vermeiden des Bond-Schrittes nach dem Abscheiden der aktiven Schichten könnte zu einer wesentlichen Vereinfachung des Herstellungs­ prozesses und zu einer potentiellen Verbesserung der Ausbeute beitragen. Ein Glätten der Oberfläche mit mechanischem Druck bringt eine Verfor­ mung der Erhebungen mit sich, was die Rauhigkeit hervorruft, und in den meisten Fällen wird diese eine plastische Verformung sein. Diese wieder­ um kann die aktiven Schichten beschädigen.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, Verfahren zum Herstellen eines Substrats und Substrate bereitzustellen, die leicht mit vorhandener Tech­ nik realisiert werden können und die die oben beschriebenen Schwierig­ keiten und die Probleme von einander widersprechenden Anforderungen überwinden.

Um dieses Ziel zu erreichen, sind die Verfahren, Substrate und optoelek­ tronische Bauelemente vorgesehen, die in den beigefügten Ansprüchen dargelegt und in der Beschreibung beschrieben sind.

Daher entkoppelt die vorliegende Erfindung die verschiedenen Anforde­ rungen, die an das ideale optoelektronische Epitaxiesubstrat gestellt wer­ den, durch ein speziell kombiniertes Schichtsubstrat. Eine Schicht mit einer geeigneten Gitterkonstanten, um als Wachstumsschablone zu die­ nen, ist an einem Substrat mit geeigneten optischen, elektronischen, thermischen oder mechanischen Eigenschaften angebracht, so daß das kombinierte Substrat die Gesamtanforderungen erfüllt, die an das Sub­ strat für das optoelektronische Bauelement gestellt werden. Die Schicht oder Schichten sind an dem Substrat über Waferdirektbonden ange­ bracht. Die Schichten selbst können von massiven Kristallen abgenom­ men oder epitaktisch aufgewachsen werden. Die Schichten können von ihrem Substrat über Ätzen oder ionenstrahlinduzierte Schichtablösung (exfoliation) oder über eine Kombination beider Techniken abgenommen werden. Das Volumen dieses Verbundsubstrats muß nicht aus einem Einkristallsubstrat bestehen, sondern kann ein gesinterter, polykristalli­ ner oder amorpher Wafer sein.

Um bei dem obigen Beispiel zu bleiben, könnte ein erstes einfaches Aus­ führungsbeispiel der Erfindung über eine sehr dünne Galliumarsenid­ schicht als Wachstumsschablone auf einem transparenten Substrat reali­ siert werden. Zusätzlich zu Transparenz, wäre eine gute Wärme- und elektrische Leitfähigkeit ein wichtigstes Erfordernis, so daß dieses Sub­ strat für eine Ableitung von Wärme verwendet und auf seiner Rückseite für einen Stromkontakt elektrisch kontaktiert und als eine Stromaus­ breitungsschicht verwendet werden kann. Eine mögliche Materialwahl für das transparente Substrat ist deshalb Galliumphosphid, das dotiert wer­ den kann, um eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit zu erreichen. Wasserstoffimplantation in Galliumarsenid vor dem Bonden mit Gallium­ phosphid gestattet eine gute Kontrolle der abschließenden Dicke der Gal­ liumarsenidschicht nach dem Spalten (siehe beispielsweise US-PS 5 877 070 und CT/EP99/07230), wobei Schichtdicken, die viel dünner als 100 nm sind, undurchführbar werden. Der Nachteil dieses einfachen Ansatzes ist die Restabsorption, die durch die dünne (ca. 100 nm) Galliumarsenid­ schicht hervorgerufen wird. Dünne Schichten könnten über eine Kombi­ nation von Epitaxie und ionenstrahlinduzierter Schichtablösung realisiert werden. Eine dünne Galliumarsenidschicht kann auch auf eine Ätzstop­ schicht abgeschieden werden. Eine Möglichkeit ist es, die Ätzstop- und Galliumarsenidschichten auf dem Galliumarsenidsubstrat auf ein geeig­ netes Substrat, etwa Galliumphosphid, beispielsweise über Bonden und ionenstrahlinduzierte Schichtablösung zu übertragen. Ein anschließendes Ätzen und Entfernen der Ätzstopschicht würde eine sehr dünne Schicht aus Galliumarsenid (ca. 10 nm) zurücklassen. Dies würde das Absorpti­ onsproblem verringern, jedoch nicht beseitigen.

Beispielsweise würde für GaAs auf GaP und Photonen mit 500 nm Wel­ lenlänge, was 2-5 eV Energie entspricht, eine GaAs-Schicht mit 10 nm ungefähr 10% bei normalem Durchgang absorbieren. Von Licht mit 600 nm (2 eV) würde eine GaAs-Schicht mit 25 nm ungefähr 10% bei normalem Durchgang absorbieren.

Ein besonders bevorzugter Ansatz würde eine dünne Galliumarsenid­ schicht nicht auf ein geeignetes Substrat, beispielsweise Galliumphosphid, übertragen, sondern eine gitterangepaßte Verbundhalbleiterschicht, die auf Galliumarsenid aufgewachsen ist, so daß deren Bandabstand Trans­ parenz in dem relevanten Spektralbereich sicherstellt. Die Schicht könnte ein im wesentlichen gitterangepaßter direkter oder vorzugsweise indirekter Halbleiter sein. Beispielsweise könnte die Schicht aus dem InGaAlP-Legie­ rungssystem oder dem AlInP-System entnommen werden. Eine Wasser­ stoffimplantation vor dem Bonden gestattet eine Übertragung der dünnen Schicht ohne den ursprünglichen Galliumarsenidwafer zu verlieren. Alter­ nativ könnte genauso gut ein einfacher Ätzstop-Ansatz und ein Entfernen der Galliumarsenidschicht verwendet werden. Wenn die transparente Schicht dick genug aufgewachsen wird, könnte das Spalten auch in der transparenten Schicht stattfinden.

Ebendieselbe Idee für ein geschichtetes Epitaxiesubstrat könnte auch auf einer Gitterkonstante beruhen, die sich von der herkömmlichen, auf Gal­ liumarsenid beruhenden Legierungstechnik unterscheidet. Innerhalb des Beispiels der auf AlGaInP beruhenden, lichtemittierenden Dioden könnte Germanium als ein geeignetes Substrat verwendet werden. Die Abschei­ dung der optoelektronisch aktiven Schichten muß dann auf die unter­ schiedliche Gitterkonstante eingestellt werden. Die Verwendung einer un­ terschiedlichen Gitterkonstante eröffnet einen zusätzlichen Freiheitsgrad bei der Bandabstandseinstellung über heteroepitaktische Synthese. Da nur dünne Schichten erforderlich sind, können auch verspannte, gitterfehlan­ gepaßte Legierungen, wie GaAlP auf GaAs, verwendet werden.

Das Substrat, auf das die kristalline Wachstumsschablone übertragen werden soll, kann ein gesinterter oder polykristalliner oder einkristalline Wafer aus einem Material mit einer geeigneten optischen Transparenz, ei­ ner angemessenen elektrischen Leitfähigkeit und einer ausreichenden Wärmeleitfähigkeit sein. Das Substrat kann weniger spröde als der her­ kömmlich verwendete Einkristall sein, wodurch das Risiko eines Bruches während der Herstellung verringert wird. Die Rückseite des Substrats kann eben oder strukturiert sein.

In dem Fall von lichtemittierenden Dioden kann die Verwendung einer nicht monokristallinen Probe die Rohchipherstellung durch Spaltung schwierig gestalten. Jedoch kann ein Sägen der Rückseite des transpa­ renten Substrats eine Ausbildung von pyramidenförmigen Strukturen mit einer zusätzlichen Verbesserung der Lichtausgangsleistung gestatten [21].

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden ausführlicher anhand beson­ derer Beispiele erläutert, wie sie in der Zeichnung veranschaulicht sind, in der:

Fig. 1 ein Diagramm ist, das den Bandabstand (in Elektronenvolt) und die Wellenlängen (in µm) von lichtemittierenden Dioden auf der Grundlage von III-V-Verbindungshalbleitern mit Be­ zug auf die Gitterkonstanten (in Å) veranschaulicht,

Fig. 2 eine Reihe von Skizzen ist, die das Grundprinzip der Sub­ stratherstellung gemäß der Erfindung zeigt,

Fig. 3 eine Reihe von Skizzen ist, die eine Möglichkeit einer Reali­ sierung des Grundprinzips der Substratherstellung gemäß Fig. 2 veranschaulicht,

Fig. 4 eine Reihe von Skizzen ist, die eine weitere Möglichkeit ei­ ner Realisierung des Prinzips der Substratherstellung ver­ anschaulicht, die in Fig. 2 veranschaulicht ist,

Fig. 5 eine Reihe von Skizzen ist, die eine bevorzugte Möglichkeit einer Herstellung eines Substrats gemäß der Erfindung ver­ anschaulicht,

Fig. 6 eine Reihe von Skizzen ist, die eine zweite bevorzugte Mög­ lichkeit einer Realisierung eines Substrats gemäß der vor­ liegenden Erfindung veranschaulicht,

Fig. 7 eine Reihe von Skizzen ist, die eine weitere Möglichkeit ei­ ner Realisierung eines Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und

Fig. 8 Beispiele von zwei Substraten sind, die gemäß der vorlie­ genden Erfindung hergestellt sind.

In Fig. 1 ist zu sehen, daß ein GaAs-Substrat einen Bandabstand von un­ gefähr 1,4 eV und eine Gitterkonstante von ungefähr 5,65 Å aufweist. Außerdem ist aus dem Diagramm zu sehen, daß für irgendeinen ge­ wünschten Bandabstand im roten bis orangen Spektrum AlInGaP-Legie­ rungszusammensetzungen gefunden werden können, so daß ein kontinu­ ierlicher Bereich von Gitterkonstanten abgedeckt ist. Im Gegensatz dazu ist zu sehen, daß, wie es durch die vertikale punktierte Linie beispielhaft ausgeführt ist, für eine gegebene Gitterkonstante, hier diejenige von GaAs, AlInGaP-Legierungszusammensetzungen existieren, die einen kontinuier­ lichen Bereich von Bandabstandsenergien von ungefähr 1,90 bis ungefähr 2,35 eV bei dem gegebenen Beispiel abdecken. Dieser Bereich entspricht demjenigen roten Lichtes.

Es ist festzustellen, daß, weil der Bandabstand von GaAs wesentlich klei­ ner als der Bandabstand von AlInGaP ist, Licht mit einer Energie im Be­ reich von 1,90 bis 2,35 leicht von dem GaAs absorbiert werden wird und somit die Lichtausbeute von einer aus AlInGaP hergestellten Diode verrin­ gern wird.

Das Diagramm von Fig. 1 zeigt auch direkte und indirekte Bandabstände für anders zusammengesetzte Halbleitermaterialien der Klasse III-V.

Es ist die Absicht der vorliegenden Erfindung, ein Substrat zu schaffen, das eine Gitterkonstante aufweist, die gleich derjenigen von GaAs ist oder ziemlich nahe bei dieser liegt, das für das epitaktische Wachstum einer Abfolge von Epitaxieschichten verwendet werden kann, die notwendig ist, um ein optoelektronisches Bauelement zu realisieren, jedoch ohne we­ sentliche Absorption von Licht durch das Substrat, und wobei das Sub­ strat andere erwünschte Eigenschaften für die Realisierung des optoelek­ tronischen Bauelements aufweist, wie gute Leitfähigkeit, mechanische Unterstützung und angemessene Wärmeleitfähigkeit. Verschiedene Mög­ lichkeiten, durch die dies vorgenommen werden kann, sind in den Fig. 2 bis 7 veranschaulicht, deren Beschriftung ihren Inhalt im Grunde selbst­ erklärend macht.

In Fig. 2 wird ein Hilfssubstrat 10, wie GaAs, auf ein Trägersubstrat 12, wie GaP, gebondet, und das resultierende, gebondete Substrat 14 wird behandelt, um die Schicht des GaAs-Substrats 10 zu verdünnen, so daß eine verdünnte Schicht 10' mit beispielsweise ungefähr 10 nm Dicke auf dem GaP-Substrat getragen zurückbleibt. Diese GaAs-Schicht 10' ist eine geeignete Schablone für das epitaktische Wachstum einer Schichtabfolge, die notwendig ist, um ein optoelektronisches Bauelement, wie eine licht­ emittierende Diode, zu realisieren. Das heißt, die verdünnte GaAs-Schicht 10' weist eine Gitterkonstante auf, die derjenigen der Epitaxieschichten entspricht, die auf diese aufgewachsen werden sollen (in Fig. 2 nicht ge­ zeigt). Die dünne Natur der GaAs-Schicht 10' bedeutet, daß relativ wenig Licht in ihr verlorengehen wird, etwa ungefähr 10% von irgendwelchem Licht, das durch diese hindurchtritt. Das Trägersubstrat 12 aus GaP weist eine Gitterkonstante auf, die von derjenigen von GaAs verschieden ist, und wird somit für das Wachstum der Schichtabfolge auf diesem ungeeig­ net sein. Jedoch weist es die mechanischen, optischen und elektrischen Eigenschaften auf, die für ein Substrat für ein optoelektronisches Bau­ element, wie eine lichtemittierende Diode, notwendig sind.

Fig. 3 ist im Grunde Fig. 2 ähnlich, erläutert jedoch, daß das Verdünnen des Substrats 10, um die verdünnte Substratschicht 10' zu erzeugen, durch mechanische Mittel, durch chemisch-mechanische Mittel, durch plasma-chemische Mittel, oder desgleichen stattfinden kann.

Fig. 4 ist wieder Fig. 2 ähnlich, zeigt jedoch eine bevorzugte Ausführungs­ form dieser Variante der Erfindung, bei der Wasserstoffionen 16 in das GaAs-Substrat 10 implantiert werden, um vor dem Bonden eine Konzen­ tration von Wasserstoffionen 18 auf einer Höhe innerhalb des GaAs-Sub­ strats 10 zu erzeugen, so daß, nach dem Bonden des Substrats 10 mit dem Substrat 12, um das gebondete Substrat 14 zu bilden, das Substrat 10 auf der Höhe der Wasserstoffionen 18 gespalten werden kann, um zu der dünnen Schicht 10' zu gelangen, die in dem Diagramm auf der rech­ ten Seite von Fig. 4 gezeigt ist. Das Spalten kann thermisch oder mecha­ nisch eingeleitet werden. Gegebenenfalls kann die Spaltfläche über Polie­ ren oder durch Oberflächendiffusion oder Ätzen geglättet werden.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen drei Alternativen zum Verwirklichen einer geeigne­ ten Wachstumsschablone zur epitaktischen Abscheidung einer Schicht­ abfolge, um ein optoelektronisches Bauelement zu realisieren, mit den Verfahren der Fig. 5 bis 7 unter Verwendung eines GaAs-Hilfssubstrats 10 wie zuvor, wobei jedoch vor dem Wachstum der Schichtabfolge vollständig auf dieses Hilfssubstrat verzichtet wird.

Bei dem Beispiel von Fig. 5 werden daher zunächst eine Epitaxieschicht oder Epitaxieschichten 20 auf das Substrat 10 aufgewachsen, und diese weisen somit die gleiche Gitterkonstante wie das Substrat 10 auf. Diese Epitaxieschicht oder diese Epitaxieschichten können beispielsweise aus InGaAlP bestehen. Nach dem Wachstum der Epitaxieschicht oder Epita­ xieschichten 20 wird das Substrat 10 auf das Substrat 12 gebondet, so daß die Epitaxieschicht oder Epitaxieschichten lagenweise zwischen dem Substrat 12 und dem Substrat 10 in der gebondeten Struktur 14 ange­ ordnet sind.

Danach wird die GaAs-Schicht vollständig entfernt, beispielsweise durch Ätzen oder andere Mittel, so daß nur die Epitaxieschicht oder Epitaxie­ schichten 20 mit der gewünschten Gitterkonstante auf dem Trägersub­ strat 12 mit einer verschiedenen Gitterkonstante vorhanden sind. Die Schicht oder Schichten 20, die aus InGaAlP bestehen, sind für rotes Licht transparent, wodurch praktisch kein Lichtverlust auftritt, wenn ein opto­ elektronisches Bauelement, wie eine rotes Licht emittierende Diode auf die freigelegte Oberfläche der Schicht oder Schichten 20 aufgewachsen wird.

In Fig. 6 wird zuerst eine Ätzstopschicht 22 auf das Substrat 10 vor dem Wachstum der Epitaxieschicht oder Epitaxieschichten 20 und vor dem Bonden auf das Trägersubstrat 12 aufgewachsen. Die gebondete Struktur 14 kann dann einem Ätzen unterzogen werden, um das GaAs-Substrat 10 hinunter bis zur Ätzstopschicht zu entfernen. Die gewünschte Schichtab­ folge für das optoelektronische Bauelement kann dann oben auf die Ätz­ stopschicht 22 aufgewachsen werden. Als eine Alternative kann die Ätz­ stopschicht auch entfernt werden, indem zu einer geeigneten Ätzmischung gewechselt wird, so daß, wie es ganz rechts in Fig. 6 gezeigt ist, die freige­ legte Oberfläche der Schicht oder Schichten 20 dann für das epitaktische Wachstum des gewünschten optoelektronischen Bauelements verwendet wird.

In Fig. 7 in der oberen Reihe der Skizzen werden wieder Wasserstoffionen 16 in das Substrat 10 vor dem Wachstum der Epitaxieschicht oder Epita­ xieschichten 20 auf diesem implantiert. Nach dem Waferbonden mit dem Trägersubstrat 12 resultiert das gebondete Substrat 14 der oberen Reihe. Die GaAs-Schicht 10 kann dann auf der Höhe der "Wasserstoffionen­ schicht" gespalten werden, und das restliche Material des GaAs-Substrats 10, d. h., zwischen der Wasserstoffionenschicht und der Epitaxieschicht 20 wird, beispielsweise durch Ätzen, entfernt.

Wie es ganz rechts in Fig. 7 gezeigt ist, legt dies eine Oberfläche der Epita­ xieschicht oder den Epitaxieschichten 20 frei, die für das Wachstum des optoelektronischen Bauelements verwendet werden kann bzw. können, wobei die Epitaxieschicht oder Epitaxieschichten 20 wieder von dem Trä­ gersubstrat 12 getragen ist. Als eine Alternative, die in der mittleren Reihe gezeigt ist, könnten zunächst die Epitaxieschichten 20 auf das Substrat 10 aufgewachsen werden, und dann könnte eine Ionenimplantation aus­ geführt werden, so daß wieder eine Struktur erzeugt wird, die der Struk­ tur rechts in der oberen Reihe der Fig. 7 entspricht, die wieder mit dem Trägersubstrat 12 gebondet ist.

Als eine weitere Alternative, die in der unteren Reihe von Fig. 7 gezeigt ist, kann die Ionenimplantation auf eine solche Weise ausgeführt werden, daß die "Ionenschicht" 18 nicht in dem Substrat 20 sondern vielmehr in der Epitaxieschicht oder den Epitaxieschichten 20 vorgesehen ist. Nach dem Waferbonden und Teilen an der implantierten Wasserstoffionenschicht, wird das Substrat 10 zusammen mit einem Teil der Epitaxieschichten 20 in einem Schritt entfernt, so daß kein restlicher Teil des Hilfssubstrats 10 durch Ätzen entfernt werden muß.

Schließlich zeigt Fig. 8 zwei typische Beispiele von erfindungsgemäß er­ zeugten Substraten, die für das Wachstum einer Schichtabfolge geeignet sind, um optoelektronische Bauelemente zu bilden. Bei Beispiel 1 von Fig. 8 würde die Schichtabfolge oben auf der dünnen GaAs-Schicht aufge­ wachsen werden, und bei Beispiel 2 würde sie auf der freigelegten Ober­ fläche der InGaAlP-Schicht aufgewachsen werden.

Es ist jedoch nicht wesentlich, GaAs als das Hilfssubstrat zu verwenden. Statt dessen könnte man beispielsweise ein leicht erhältliches Ge-Substrat verwenden. Wie es oben gezeigt wurde, gestattet eine geringfügige Verän­ derung der Legierungszusammensetzung die Einstellung der Gitterkon­ stante der Schichten des optoelektronischen Bauelements. Hier unter­ scheidet sich die Gitterkonstante geringfügig von derjenigen, die typi­ scherweise für die Schichtabfolge des optoelektronischen Bauelements verwendet wird. Andererseits kann der geringfügige Unterschied ein gro­ ßer Vorteil sein, da nun Bauelemente mit verspannter Schicht aufgewach­ sen werden können, die vorzügliche Eigenschaften aufweisen können. Ei­ ne Grenze für den Fehlanpassungsgrad der Gitterkonstante ist erreicht, wenn Kristallfehler auftreten, die das Wachstum der Schichtabfolge von Epitaxieschichten in einer Qualität verhindern, die notwendig ist, um ein leistungsfähiges optoelektronisches Bauelement zu realisieren.

Es ist festzustellen, daß die Erfindung eine allgemeine Anwendbarkeit aufweist und in jedem Fall verwendet werden kann, wenn ein Substrat für eine besondere Anwendung speziell hergestellt werden muß und nicht als ein Standard-Wafer erhältlich ist. Das heißt, die Erfindung ist nicht auf III-IV-Matrixsysteme beschränkt.
Quellenverzeichnis
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Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen eines Substrats, das für das Wachstum ei­ ner Abfolge von Epitaxieschichten auf diesem zur Erzeugung eines optoelektronischen Bauelements geeignet ist, wobei die Schichtabfol­ ge eine erste Gitterkonstante aufweist und das Substrat eine Sub­ stratgitterkonstante aufweist, die gleich oder geringfügig verschieden von der ersten Gitterkonstante ist, wobei das Verfahren durch die fol­ genden Schritte gekennzeichnet ist, daß:

• a) ein Hilfssubstrat (z. B. ein GaAs-Wafer) mit einer Gitterkonstan­ ten ausgewählt wird, die gleich oder geringfügig verschieden von der ersten Gitterkonstante und für das Wachstum der Epitaxie­ schichten auf diesem geeignet ist,
• b) das Hilfssubstrat auf ein Trägersubstrat (beispielsweise GaP) ge­ bondet wird, das mindestens eine erwünschte physikalische Ei­ genschaft aufweist, jedoch eine Gitterkonstante besitzt, die von der ersten Gitterkonstante verschieden ist, beispielsweise ein Trägersubstrat, das für die interessierende Strahlung in dem optoelektronischen Bauelement transparent ist,
• c) die Dicke des Hilfssubstrats auf einen kleineren Wert verringert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das den Schritt umfaßt, daß Wasser­ stoffionen in das Hilfssubstrat auf einer Höhe implantiert werden, die zumindest im wesentlichen dem kleineren Wert entspricht, dann Schritt b) ausgeführt wird, und anschließend die Dicke des Hilfssub­ strats verringert wird, indem es auf der Höhe der implantierten Was­ serstoffionen gespalten wird.

3. Verfahren zum Herstellen eines Substrats, das für das Wachstum ei­ ner Abfolge von Epitaxieschichten auf diesem zur Erzeugung eines optoelektronischen Bauelements geeignet ist, wobei die Schichtabfol­ ge eine erste Gitterkonstante aufweist und das Substrat eine Sub­ stratgitterkonstante aufweist, die gleich oder geringfügig verschieden von der ersten Gitterkonstante ist, wobei das Verfahren durch die fol­ genden Schritte gekennzeichnet ist, daß:

• a) ein Hilfssubstrat (z. B. ein GaAs-Wafer) ausgewählt wird, das eine Gitterkonstante aufweist, die gleich oder geringfügig verschieden von der ersten Gitterkonstante ist und für das Wachstum der Epitaxieschichten auf diesem geeignet ist,
• b) mindestens eine Epitaxieschicht (beispielsweise GaAlInP) auf das Hilfssubstrat aufgewachsen wird, wobei die mindestens eine Epitaxieschicht eine Gitterkonstante aufweist, die gleich der er­ sten Gitterkonstante oder geringfügig verschieden von der ersten Gitterkonstante ist, und für das Wachstum der Abfolge von Epitaxieschichten auf dieser geeignet ist,
• c) das Hilfssubstrat, das mindestens einen Epitaxieschicht auf­ weist, auf ein Trägersubstrat (beispielsweise GaP), das minde­ stens eine erwünschte physikalische Eigenschaft aufweist, je­ doch eine Gitterkonstante besitzt, die von der ersten Gitterkon­ stante verschieden ist (beispielsweise ein Trägersubstrat, das für die interessierende Strahlung in dem optoelektronischen Bau­ element transparent ist) gebondet wird, und
• d) das Hilfssubstrat entfernt wird, um die mindestens eine Epita­ xieschicht auf das Trägersubstrat gebondet zurückzulassen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die mindestens eine Epitaxie­ schicht eine Ätzstopschicht und eine oder mehrere weitere Epitaxie­ schichten umfaßt, und wobei das Hilfssubstrat im Anschluß an Schritt b) mindestens teilweise durch Ätzen entfernt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Ätzstopschicht anschließend durch weiteres Ätzen entfernt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, das den Schritt umfaßt, daß Wasser­ stoffionen in das Hilfssubstrat auf einer Höhe implantiert werden, die zumindest im wesentlichen dem kleineren Wert entspricht, dann die Schritte b) und c) ausgeführt werden, und anschließend die Dicke des Hilfssubstrats verringert wird, indem es auf der Höhe der im­ plantierten Wasserstoffionen gespalten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der restliche Teil des Hilfssub­ strats, der über die mindestens eine Epitaxieschicht auf das Träger­ substrat gebondet ist, anschließend, beispielsweise durch Ätzen, entfernt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das den Schritt umfaßt, daß eine Abfolge von Epitaxieschichten für die Erzeu­ gung eines optoelektronischen Bauelements auf entweder eine frei­ gelegte Oberfläche des Hilfssubstrats mit verringerter Dicke oder auf eine freigelegte Oberfläche der mindestens einen Epitaxieschicht auf­ gewachsen wird.

9. Substrat für das Wachtum einer Abfolge von Epitaxieschichten, um ein optoelektronisches Bauelement zu bilden, wobei das Substrat gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist.

10. Optoelektronisches Bauelement mit einer Abfolge von Epitaxie­ schichten, die auf ein Substrat aufgewachsen sind, das gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist.