DD224341A1 - METHOD OF SEPARATING EPITACTIC GAN OR GA DEEP X AL DEEP 1 DEEP X N LAYERS FROM THE SAPHIR SUBSTRATE - Google Patents

Abstract

Ziel der Erfindung ist es, Substrate fuer die Heteroepitaxie mehrfach zu benutzen, die Zerstoerung der Epitaxieschicht durch Spannungen zwischen Substrat und Epitaxieschicht zu verhindern und die Epitaxieschichten fuer die Bauelementefertigung und fuer physikalische Untersuchungen bereitzustellen. Die Aufgabe besteht darin, ein Verfahren anzugeben, die Epitaxieschicht vom Substrat loesbar abzuscheiden. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass auf das Substrat eine duenne Bornitridschicht aufgebracht wird und auf dieser die aktive GaN- bzw. GaxAl1-xN-Epitaxieschicht.The aim of the invention is to use substrates for heteroepitaxy multiple times, to prevent the destruction of the epitaxial layer by voltages between the substrate and epitaxial layer and to provide the epitaxial layers for device fabrication and for physical examinations. The object is to specify a method, the epitaxial layer releasably deposit from the substrate. The object is achieved in that a thin boron nitride layer is applied to the substrate and on this the active GaN or GaxAl1-xN epitaxial layer.

Description

Verfahren zur Abtrennung epitaktischer GaN- oder Ga Al^ ΪΓ-Schichten vom Saphir-SubstratProcess for the separation of epitaxial GaN or Ga Al ^ ΪΓ layers from the sapphire substrate

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Das Verfahren dient dazu, Epitaxieschichten aus Galliumnitrid oder Galliumaluminiumnitrid von dem Saphirsubstrat ablösbar zu gestalten. Es kann eingesetzt werden bei der Herstellung optoelektronischer Bauelemente auf der Basis von Galliumnitrid oder Galliumaluminiumnitrid.The method serves to make epitaxial layers of gallium nitride or gallium aluminum nitride detachable from the sapphire substrate. It can be used in the production of optoelectronic devices based on gallium nitride or gallium aluminum nitride.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Galliumnitrid und Galliumaluminiumnitrid werden wegen ihres großen Bandabstandes als Material für elektrolumineszierende Bauelemente eingesetzt. Galliumnitridschichten und Galliumaluminiumnitridschichten werden bevorzugt durch Verfahren der Gasphasenepitaxie auf erhitzten Substraten abgeschieden, beschrieben in DD-V/P 136 456, für Galliumnitridschichten auch in DE-OS 24 00 163« Bevorzugte Substrate für die epitaktische Abscheidung sind Saphirscheiben. Die kristallographische Perfektion der Epitaxieschicht wird bestimmt durch die Qualität der Substrat oberfläche. Deshalb erfordert die Bereitstellung der Substrate bereits einen großen Aufwand, denn die Perfektion der Epitaxieschicht ist bestimmend für die Qualität des Bauelementes. Die Substrate sind besonders bei der Heteroepitaxie nicht an der eigentlichen Punktion des Halbleiterbauelementes beteiligt. Spannungen zwischen Substrat und Epitaxieschicht können außerdem zur Zerstörung der aktiven Schicht führen.Gallium nitride and gallium aluminum nitride are used because of their large band gap as a material for electroluminescent devices. Gallium nitride layers and gallium aluminum nitride layers are preferably deposited by vapor phase epitaxy on heated substrates, described in DD-V / P 136 456, for gallium nitride layers also in DE-OS 24 00 163 "Preferred substrates for epitaxial deposition are sapphire disks. The crystallographic perfection of the epitaxial layer is determined by the quality of the substrate surface. Therefore, the provision of the substrates already requires a great deal of effort, because the perfection of the epitaxial layer is decisive for the quality of the component. The substrates are not involved in the actual puncture of the semiconductor device, especially in heteroepitaxy. Tensions between substrate and epitaxial layer can also lead to the destruction of the active layer.

Ziel .der ErfindungGoal of the invention

Es ist Ziel der Erfindung, Substrate für die Heteroepitaxie mehrfach zu benutzen durch nachträgliche Abtrennung der abgeschiedenen Schicht vom Substrat, die Zerstörung der Epitaxieschicht durch Spannungen zwischen Substrat und Epitaxieschicht zu verhindern und die Epitaxieschichten für die Bauelementefertigung und für physikalische Untersuchungen trägerfrei bereitzustellen, z.B. für die Diagnose des Schichtmaterials mittels Absorptionsspektroskopie, für Lumineszenzmessungen, piezoelektrische und elektrische Untersuchungen mit Kontakten in Sandwich-Anordnung.It is an object of the invention to use substrates for heteroepitaxy multiple times by subsequently separating the deposited layer from the substrate, preventing destruction of the epitaxial layer by tensions between the substrate and epitaxial layer, and providing the epitaxial layers for device fabrication and physical studies, e.g. for the diagnosis of the layer material by means of absorption spectroscopy, for luminescence measurements, piezoelectric and electrical investigations with contacts in sandwich arrangement.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Technische Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe mittels Gasphasenepitaxie auf Saphirsubstrat abgeschiedene Schichten aus Galliumnitrid oder Galliumaluminiumnitrid zerstörungsfrei vom Substrat lösbar werden. Das Verfahren soll möglichst als Verfahrensschritt in den Herstellungsprozeß der Bauelementefertigung eingeordnet werden.Technical object of the invention is to provide a method by means of which by means of gas phase epitaxy deposited on sapphire substrate layers of gallium nitride or gallium aluminum nitride are non-destructive of the substrate solvable. If possible, the process should be classified as a process step in the manufacturing process of component manufacturing.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf die Oberfläche des Substrates zunächst eine dünne Schicht (einige 10 S) hexagonales Bornitrid mittels Gasphasenepitaxie aufgetragen wird. Auf dieser dünnen Schicht wird dann die Galliumnitrid- oder Galliumaluminiumnitridschicht nach bekannten Verfah-' ren epitaktisch abgeschieden.The object is achieved in that on the surface of the substrate, first a thin layer (some 10 S) hexagonal boron nitride is applied by gas phase epitaxy. The gallium nitride or gallium aluminum nitride layer is then epitaxially deposited on this thin layer by known methods.

Die dünne Bornitridschicht hemmt die orientierende V/irkung des Substrates auf die Epitaxieschicht nicht, verringert aber die Benetzbarkeit des Substrates. Bei Beendigung des Epitaxieprozesses kommt es wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zu einer Ablösung der Epitaxieschicht von der Substratoberfläche. Die Epitaxieschicht liegt frei auf der Substratoberfläche und kann zum Bauelement weit'erverarbeitet und das Saphirsubstrat für weitere Abscheidungen eingesetzt v/erden. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in den normalen Ablauf des Herstellungsprozesses unmittelbar vor der epitaktischen Abscheidung der aktiven Schicht einordnen.The thin boron nitride layer does not inhibit the orienting effect of the substrate on the epitaxial layer, but reduces the wettability of the substrate. At the end of the epitaxy process, because of the different thermal expansion coefficients, the epitaxial layer separates from the substrate surface. The epitaxial layer is exposed on the substrate surface and can be further processed into the device and the sapphire substrate used for further depositions. The inventive method can be classified in the normal course of the manufacturing process immediately before the epitaxial deposition of the active layer.

Zur Herstellung der Bornitridschicht wird das nach herkömmlichen Verfahren gereinigte Saphirsubstrat auf 1050 ⁰C erhitzt und in den Rezipienten ein NH,,-BCl--Gemisch eingeleitet. Die notwendige Zeit der Einwirkung ist abhängig von der Konstruktion des Eezipienten und der Konzentration des NH₀-BCIo-Gemisches und beträgt einige Sekunden. Bei zu schwacher Ausbildung der BN-Schicht löst sich die auf. dieser im nachfolgenden Verfahrensschritt abgeschiedene Epitaxieschicht nicht vom Substrat, bei zu starker Ausbildung der .BN-Schicht wird die orientierende Wirkung des Substrates auf die.Epitaxieschicht beeinträchtigt. Unter optimalen Bedingungen hat die sich ablösende GaN- oder Ga Al₁ IT-Schicht die gleiche spiegelglatte Oberfläche wie das Substrat.For the preparation of boron nitride, the purified according to conventional methods sapphire substrate is heated to 1050 ⁰ C and into the recipient an NH ,, - BCl - introduced mixture. The necessary time of the action depends on the construction of the Eezipienten and the concentration of the NH ₀ -BCIo mixture and is a few seconds. If the BN layer is too weak, it dissolves. this deposited in the subsequent process step epitaxial layer not from the substrate, too strong formation of the .BN layer, the orienting effect of the substrate on the epitaxial layer is impaired. Under optimal conditions, the peeling GaN or Ga Al ₁ IT layer has the same mirror-smooth surface as the substrate.

Ausführungsbeispielembodiment

Zur Herstellung einer freitragenden trägerfreien GaJT- bzw. Ga AL N-Schicht wurde eine Saphir-Substratscheibe in einem Rezipienten auf 1050 C erhitzt und im Stickstoffstrom 10s lang ein NH.,-BCl.,-Gemisch mit NH,,-Überschuß eingeleitet. Anschließend wurde entsprechend der in DD-V/P 136 456 angegebenen Vorschrift die GaN- bzw. Ga_xAl₁ ^N-Schicht aus einem NH₃-GaCl₃- bzw. NH₃-GaCl₃-AlCl^-Gemisch mit geringem NH^-Partialdruck am erhitzten Substrat abgeschieden. Nach Erreichen der gewünschten Schichtdicke wurde die Zufuhr der Reaktanten und die Heizung des Substrates beendet. Das Substrat wurde im Trägergasstrom abgekühlt. Dabei trennte sich die Epitaxieschicht vom Substrat und lag frei auf diesem. Die trägerfreie Epitaxieschicht zeigte die gleiche spiegelglatte Oberfläche wie das Substrat.To prepare a self-supporting, carrier-free GaJT or GaAlN layer, a sapphire substrate wafer was heated to 1050 ° C. in a recipient and an excess of NH.sub.2, -BCl.sub.0, excess mixture was introduced into the nitrogen stream for 10 seconds. Subsequently, according to the instructions given in DD-V / P 136 456, the GaN or Ga _x Al ₁ → N layer was composed of an NH ₃ -GaCl ₃ or NH ₃ -GaCl ₃ -AlCl 2 mixture of low NH Partial pressure deposited on the heated substrate. After reaching the desired layer thickness, the supply of the reactants and the heating of the substrate was terminated. The substrate was cooled in the carrier gas stream. The epitaxial layer separated from the substrate and lay free on this. The carrier-free epitaxial layer showed the same mirror-smooth surface as the substrate.

Claims (2)

Erfindungsanspruchinvention claim 1. Verfahren zur Abtrennung epitaktischer GaN- oder Ga Al₁ Ή- 1. Process for the separation of epitaxial GaN or Ga Al ₁ Ή- χ ι —χχ ι -χ Schichten vom Saphir-Substrat, gekennzeichnet dadurch, daß auf dem Substrat eine einige 10 2 starke Bornitridschicht abgeschieden wird und auf dieser-die GaU- bzw. Ga Al₁ IT-Schicht.Layers of the sapphire substrate, characterized in that a few 10 2 strong boron nitride layer is deposited on the substrate and on this the GaU or Ga Al ₁ IT layer. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Abscheidung der Bornitridschicht mittels Gasphasenepitaxie aus einem EIU-BCl.-,-Gemisch erfolgt..2. The method according to item 1, characterized in that the deposition of the boron nitride layer by means of gas phase epitaxy from a EIU-BCl .-, - mixture ..