Derartige Verfahren zur Wärmebehandlung von Oberflächen- schichten aus einem III-V-Verbindungshalbleiter sind bekannt.

Bei den III-V-Verbindungshalbleitern handelt es sich übli- cherweise um Halbleiter auf der Basis von InP, GaP, GaAs oder GaN, das heißt beispielsweise um Halbleitermaterialien mit der allgemeinen Zusammensetzung AlxInyGal-x-yP, AlxGalxAs oder AlxInyGal-x-yN mit 0 S g x < 1, 0 : g y : g 1 und x+y : g 1.

Auf die von den III-V-Verbindungshalbleitern gebildete Sub- stratoberfläche wird im allgemeinen eine Oberflächenschicht aus einem Metall aufgebracht. Die Oberflächenschicht kann da- bei Dotierstoffe für den darunterliegenden III-V-Verbindungs- halbleiter enthalten. Anschließend wird das Halbleitersub- strat in einen Ofen eingebracht und mit Hilfe einer Hochfre- quenzquelle, W-Lampe oder Heizplatte aufgeheizt.

Die Qualität der auf diese Weise hergestellten Kontakte ist trotz der starken Diffusion von Atomen aus der Oberflächen- schicht in das Halbleitersubstrat häufig unbefriedigend.

Aus der US 6,110, 813 A ist ein Verfahren zur Oberflächenbe- handlung mittels Laserstrahlung bekannt. Bei geeigneter Wel- lenlänge der Laserstrahlen bietet dieses Verfahren den Vor-

teil, daß die Metallschicht selektiv erhitzt wird, da die La- serstrahlung von dem Substrat aus SiC nicht oder nur gering- fügig absorbiert wird. Dies ist dann der Fall, wenn die Pho- tonenenergie der Laserstrahlung kleiner als die Bandlücke des Substrates aus SiC ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Wärmebe- handlung der Oberflächenschicht anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oberflächenschicht mit Hilfe eines Laserpulses mit einer Dau- er von weniger als oder gleich 0,1 Hsec und einer Bestrah- lungsenergiedichte zwischen 10 und 1000 mJ/cm2 wärmebehandelt wird.

Durch die Verwendung von Laserpulsen mit einer Dauer von we- niger als oder gleich 0,1 Hsec und einer Bestrahlungsenergie- dichte zwischen 10 und 1000 mJ/cm2 wird lediglich das Mate- rial unmittelbar unter der bestrahlten Oberfläche erwärmt.

Aufgrund der hohen Bestrahlungsenergiedichte erreicht die Temperatur in der Oberflächenschicht gegen Ende des Laserpul- ses einen hohen Maximalwert, der im allgemeinen oberhalb von 1000° C liegt und fällt dann typischerweise auf einer Zeit- skala < 1 Hsec schnell ab. Auch die ins Innere des Halblei- tersubstrats vordringende Wärmediffusionsfront fällt in den Tiefen von einigen Am bereits auf einen Bruchteil des Maxi- malwerts der Temperatur ab. Beim Verfahren gemäß der Erfin- dung erwärmt sich daher nur eine dünne Schicht unterhalb der bestrahlten Oberfläche, während das übrige Halbleitersubstrat nur eine leichte Temperaturerhöhung erfährt. Folglich ist es mit dem Verfahren gemäß der Erfindung möglich, die Wärmebe- handlung gezielt lokal durchzuführen, ohne daß die Notwendig- keit besteht, das gesamte Halbleitersubstrat aufzuheizen. Da- her ist beim Verfahren gemäß der Erfindung die Wahrschein- lichkeit gering, daß die Struktur oder die Zusammensetzung des Halbleitersubstrats durch die Wärmebehandlung der Ober-

flächenschicht nachteilig verändert wird. Insbesondere ist keine Eindiffusion von Dotierstoffen oder sonstigen Verunrei- nigungen in eine aktive Zone oder eine Erhöhung oder auch un- erwünschte Erniedrigung von Gitterverspannungen zu befürch- ten. Insbesondere kann im Materialsystem AlxInyGal_X_yN die Bildung von als Donatoren wirkenden N-Leerstellen verhin- dert werden, durch die das Dotierniveau der p-Dotierung im Halbleitersubstrat abgesenkt wird.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird die Oberfläche der Oberflächenschicht nach einem vorgegebenen Muster lokal mit Laserpulsen beaufschlagt.

Aufgrund des schnellen Abfalls der Wärmediffusionsfront ist es möglich, die Oberflächenschicht auch in lateraler Richtung lokal aufzuwärmen. Diese Eigenschaft kann dazu verwendet wer- den, den Widerstand zwischen der Oberflächenschicht und dem Halbleitersubstrat je nach Bedarf lokal zu erhöhen oder zu erniedrigen, um beispielsweise gezielt Strom in eine im Halb- leitersubstrat ausgebildete aktive Zone einzuspeisen.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind Ge- genstand der abhängigen Ansprüche.

Weitere Vorteile der Erfindung und vorteilhafte Ausführungs- formen ergeben sich aus dem nachfolgend in Verbindung mit den Figuren 1 bis 3 erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen : Figur 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ; Figur 2 ein Diagramm, das die Änderung der Vorwärtsspannung einer Leuchtdiode in Abhängigkeit von der Bestrah- lungsenergiedichte der Laserpulse zeigt ; und Figur 3 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Vorwärts- spannung einer Leuchtdiode von der Zahl der auf

eine Oberflächenschicht auftreffenden Laserpulse zeigt.

Zur Durchführung des Verfahrens kann beispielsweise, wie in Figur 1 dargestellt, ein Laser 1 verwendet werden, dessen La- serstrahlung 2 in eine Lichtleitfaser 3 gekoppelt und mit Hilfe der Lichtleitfaser 3 auf eine Oberflächenschicht 4 auf einem Halbleitersubstrat 5 gelenkt wird.

Unter dem Halbleitersubstrat 5 wird in diesem Zusammenhang nicht nur eine Einkristallscheibe einer bestimmten Zusammen- setzung, sondern beispielsweise auch eine Scheibe aus einem einkristallinen Substratwafer, auf dem eine Schichtenfolge aufgebracht ist. Das Halbleitersubstrat kann beispielsweise eine Schichtenfolge für funktionsfähige Halbleiterchips für ein Leuchtdioden sein.

Unter der Oberflächenschicht 4 ist in diesem Zusammenhang eine auf das Halbleitersubstrat 5 aufgebrachte Schicht zu verstehen. Dabei kann es sich insbesondere um eine Kontakt- schicht handeln, die dazu dient, einen Ohmschen Kontakt zwi- schen einer an der Kontaktschicht angebrachten Zuleitung und dem Halbleitersubstrat zu herzustellen.

Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung erzeugt eine gepulste Laserstrahlung. Durch einen Laserpuls mit einer Dauer unter- halb von 0,1 psec, vorzugsweise unterhalb von 1 nsec, und mit einer hohen Bestrahlungsenergiedichte zwischen 10 und 1000 mJ/cm2 erreicht die Temperatur in der zwischen 1 und 150 nm dicken Oberflächenschicht 4 einen Maximalwert oberhalb von 1000° C und fällt dann schnell mit einer Zeitskala von weni- ger als 1 ysec ab. Auch die in das Innere des Halbleitersub- strats 5 eindringende Wärmediffusionsfront nimmt in einer Tiefe von einigen Am bereits auf einen Bruchteil des äußeren Maximalwerts für die Temperatur ab. Für die Dicke d des er- wärmten Volumens unterhalb der bestrahlten Fläche gilt dabei :

wobei At die Pulsdauer des Laserpulses und D die Diffusivität ist.

Die Diffusivität D ergibt sich aus der Wärmeleitfähigkeit geteilt durch die spezifische Volumenwärmekapazität Cv und liegt bei den meisten Halbleitermaterialien typischerweise in der Größenordnung von 0,5 bis 2 cm2 sec.

Der Maximalwert für die Temperatur ist größenordnungsmäßig gleich : E Tmax= Cvd wobei E die Bestrahlungsenergiedichte in Wcm2 und d die Dicke des erwärmten Volumens ist. Die spezifische Volumenwärmekapa- zität Cv ist für Halbleiter etwa 1,5 J/Kcm3.

Entsprechend diesen Formeln wärmt ein 0,1 nsec langer Laser- puls aus UV-Licht lediglich ein 150 nm dickes Volumen unter der bestrahlten Oberfläche auf. Bei einer Bestrahlungsener- giedichte der Pulse von etwa 50 mJ/cm2 werden dabei Tempera- turen von etwa 1500 C° erreicht.

Durch die Impulsdauer ist es somit möglich, gezielt die Dicke des erwärmten Volumens festzulegen, während über die Bestrah- lungsenergiedichte der Maximalwert der in dem Volumen er- reichten Temperatur einstellbar ist.

Mit diesem Verfahren kann je nach Bestrahlungsenergiedichte und Dauer der Laserpulse beispielsweise die Schottky-Kontakt- Barriere erniedrigt oder erhöht werden.

In Figur 2 ist beispielsweise die Änderung (AU) der Vorwärts- spannung Uf bei einem Halbleitersubstrat 5 für eine Leucht-

diode in Abhängigkeit vom Abstand d zwischen dem Ende der Lichtleitfaser 3 und der Kontaktschicht 4 aufgetragen.

Zur Durchführung des Versuchs wurde ein Halbleitersubstrat für eine Leuchtdiode ausgewählt, das Epitaxieschichten auf der Basis von GaN aufwies. Die Epitaxieschichten umfaßten ei- nen pn-Übergang. Auf der p-Seite wurde die Leuchtdiode mit der Oberflächenschicht 4 in Form von Platinkontakten verse- hen. Die Platinkontakte wiesen einen Durchmesser von 200 pm und eine Dicke von 8 nm auf. Diese Platinkontakte wurden kon- taktiert und mit einem Flußstrom von 20 mA beschickt. Zu- gleich wurde der Spannungsunterschied zwischen den Platinkon- takten und dem Halbleitersubstrat 5 mit einem Elektrometer gemessen. Der Spannungsunterschied wurde dabei vor und nach der Bestrahlung der Oberfläche der Oberflächenschicht 4 mit Laserpulsen gemessen. Die Messungen wurden jeweils bei ver- schiedenen Abständen d der Lichtleitfaser 3 von der Oberflä- che der Oberflächenschicht 4 wiederholt, um die Bestrahlungs- energiedichte E zu variieren. Bei den Laserpulsen handelt es sich um Laserpulse mit einer Dauer von 1 nsec, wobei 100 La- serpulse in Serie mit einer Frequenz von 10 Hz auf die Ober- flächenschicht 4 abgegeben wurden.

Die Ergebnisse der Messungen sind in Tabelle 1 und in Figur 2 enthalten. AU bezeichnet die Änderung des Spannungsunter- schieds in Volt zwischen dem Platinkontakt und dem Halblei- tersubstrat durch die Bestrahlung mit Laserpulsen. d (mm) AU (V) 0, 80 + 0,11 0, 90-0, 09 1, 00-0, 30 1, 10-0, 11 1, 15 0, 28 1, 20-0, 28 1, 25-0, 14 1, 30 0, 15 1, 35-0, 06 1, 40-0, 03 1, 45-0, 03

Das vermessene Hableitersubstrat hatte vor den Messungen eine Vorwärtsspannung von 3,95 V und anschließend nach den Messun- gen im günstigsten Fall entsprechend einer Spannungsänderung von 0,3 V eine Vorwärtsspannung Uf von 3,65 V.

Bei einem Abstand unterhalb von 0,85 mm verschlechtert sich die Vorwärtsspannung. Dies wird auf eine Beschädigung der ak- tiven Zone des p-dotierten Halbleiterbereichs oder der Pla- tinkontakte zurückgeführt.

Die Absenkung der Vorwärtsspannung Uf, die eine Verbesserung des Ohmschen Kontakts zwischen der Oberflächenschicht 4 und dem Halbleitersubstrat 5 entspricht, kann dagegen entweder auf eine Aktivierung der Dotierstoffe in einem der Oberflä- chenschicht 4 benachbarten Bereich der Epitaxieschichten des Halbleitersubstrats 5 oder auf einem oberflächennahen Legie- ren des Platinkontakts mit dem Halbleitermaterial beruhen.

Die Aktivierung der Dotierstoffe in einem oberflächennahen Bereich mit einem maximalen Abstand von weniger als 1 Am zu erfolgen. Das Legieren des Metalls der Oberflächenschicht 4 mit dem Halbleitersubstrat erfolgt bis zu einer Tiefe von mehr als 10 nm, aber weniger als 1 Mm.

Von Interesse ist auch das Verhalten der Vorwärtsspannung in Abhängigkeit von der Zahl der Pulse. In Figur 3 ist die Ände- rung (AU) der Vorwärtsspannung Uf in Abhängigkeit von der An- zahl N der Laserpulse aufgetragen. Diese Messung wurde bei einem Abstand d von 1,3 mm aufgenommen. Aus Figur 3 läßt sich entnehmen, daß die Spannung mit dem ersten Laserpuls bereits um 0,03 V gesenkt werden kann. Danach sind schon zwei Laser- pulse nötig, um das gleiche Ergebnis zu erzielen, danach fünf

und im nächsten Schritt zehn. Nach etwa 1000 Laserpulsen ist keine Verringerung der Vorwärtsspannung mehr messbar.

Die so behandelte Oberflächenschicht 5 zeigt auch ein stabi- les Alterungsverhalten. Im Verlauf einiger Wochen zeigte sich nämlich keine oder nur eine sehr geringe Verschlechterung zwischen 0,01 bis 0,03 V.

Von besonderem Vorteil ist, daß sich mit dem beschriebenen Verfahren eine Absenkung der p-Dotierung von Schichten aus AlxInyGal-x-yN bis hin zur Umdotierung durchführen läßt. Auf diese Weise ist eine laterale Begrenzung der Stromeinprägung möglich. Beispielsweise ist es möglich, die Oberflächen- schicht 4 durch ein Ätzverfahren zu strukturieren, so daß die von der Oberflächenschicht 4 geschützten Bereiche des Halb- leitersubstrats 5 in ihrer p-Dotierung erhöht werden, während die ungeschützten Bereiche des Halbleitersubstrats infolge der Erwärmung der Oberseite und der daraus sich ergebenden Erzeugung von N-Leerstellen eine reduzierte p-Leitfähigkeit aufweisen.

Für eine derartige Oberflächenschicht 5, die gleichzeitig als Maske dient, eignet sich insbesondere Metall, das Mg oder Zn enthält.

Die laterale Begrenzung der Stromeinprägung ist insbesondere bei III-V-Verbindungshalbleitern auf der Basis von AlxInyGal-x-yN möglich.

Im folgenden sind eine Reihe von weiteren Aspekten der Erfin- dung aufgeführt.

Wie bereits erwähnt, können Pulsfolgen von Laserpuls durch die Lichtleitfaser 3 auf das Halbleitersubstrat 5 gelenkt werden. Die Anzahl der Pulse sollte zwischen 2 und 100 liegen und der zeitliche Abstand zwischen den einzelnen Laserpulsen sollte mehr als das Zehntausendfache der Pulsdauer betragen,

um sicherzustellen, daß die Oberflächenschicht 4 ausreichend Zeit zur Abkühlung hat.

Ferner ist es möglich, bei Anwendung des Verfahrens auf einen Wafer die Laserstrahlung nicht gleichmäßig, sondern in einem räumlichen Muster auf den Wafer zu lenken. Das Muster kann beispielsweise mit Hilfe einer Lochblendenmaske bewerkstel- ligt werden. Dieses Muster entspricht in der Regel dem späte- ren Chiprastermaß.

Denkbar ist auch, ein Wafer-Stepper-Verfahren anzuwenden, bei dem zunächst ein räumlich begrenzter Ausschnitt des Wafers mit den Laserpulsen bestrahlt wird und dann nach einer räum- lichen Verschiebung des Wafers ein weiterer Ausschnitt des Wavers bestrahlt wird, so daß abschließend der gesamte Waver gleichmäßig mit Laserpulsen bestrahlt wird. Dabei sollten die mit Laserpulsen beaufschlagten Flächen möglichst im Chipra- ster liegen.

Wenn verhindert werden soll, daß unterhalb der zum Bonden des Kontaktdrahts vorgesehenen Kontaktstelle Strom in das Halb- leitersubstrat 5, insbesondere in die aktive Zone des Halb- leitersubstrats 5 eingespeist wird, kann die für die Kontakt- stelle vorgesehene Fläche gezielt bestrahlt werden, wobei die Pulsdauer und die Bestrahlungsenergiedichte so gewählt wer- den, daß die elektrischen Kontakteigenschaften zwischen der Oberflächenschicht 4 und dem Halbleitersubstrat 5 verschlech- tert werden.

Umgekehrt ist es auch möglich, gezielt die Ränder der für die Kontaktstelle vorgesehenen Flächen zu bestrahlen, um den Stromübergang an den Rändern der Kontaktstelle zu verbessern.

Falls die Kontaktstelle kreisförmig ausgebildet ist, ist es zum Beispiel von Vorteil, den Ohmschen Kontakt ringförmig um die Kontaktstelle zu verbessern. Damit die Änderung des Ohm- schen Kontakts zwischen der Oberflächenschicht 5 und dem Halbleitersubstrat gezielt durchgeführt werden kann, läßt

sich die Bestrahlung mit Laserpulsen nach einer Messung der Chipeigenschaften gezielt durchführen, um die Chips auf einen gewünschten Wert zu trimmen. Zweckmäßigerweise werden dabei die Parameter der Laserpulse, wie Bestrahlungsenergiedichte, Laserpulsdauer und Laserpulszahl entsprechend den anfängli- chen oder zwischenzeitlichen Messergebnissen eingestellt oder geregelt.

Es kann auch von Vorteil sein, bereits vor dem Aufbringen der Oberflächenschicht 4 auf dem Halbleitersubstrat 5 die Ober- fläche des Halbleitersubstrats mit Laserpulsen zu bestrahlen, um die mechanischen Hafteigenschaften zu beeinflussen oder bereits in das Halbleitersubstrat 5 eingebrachte Dotierstoffe zu aktivieren oder um deren Kurzstreckendiffusion zu unter- stützen.

Zur Schwächung oder Verstärkung der Dotierung des Halbleiter- substrates 5 können in der Oberflächenschicht 4 Donatoren oder Akzeptoren enthalten sein.

Nach dem Abschluß der Bestrahlung mit Laserpulsen kann auf die Oberflächenschicht 4 eine weitere Kontaktschicht aufge- bracht werden und ein Bonddraht an der Kontaktschicht ange- bracht werden.

Auch ist es denkbar, auf der mit Laserpulse bestrahlten Ober- flächenschicht oder der Kontaktschicht eine Passivierungs- schicht aus A1203, oder SiOxNy mit 0 < x zig 2,0 < y < 1 abzu- scheiden.

Mit dem hier beschriebenen Verfahren ist es möglich, die Leitfähigkeitseigenschaften der Halbleiterschichten in der Nähe einer Oberfläche sowohl in lateraler Richtung als auch in transversaler Richtung zu beeinflussen. Das Verfahren ist auf III-V-Verbindungshalbleiter anwendbar. Von besonderem Vorteil ist das Verfahren auf Materialien mit der Zusammen- setzung AlInGaN anwendbar.